前言：在前面我们提到数据结构的线性表。那么今天我们详细看下Java源码是如何实现线性表的，这一篇主要讲解顺序表ArrayList链式表下一篇在提及。
1：ArrayList结构图
2：关于Collection和List的区别
最好的比对就是查看他们的源码我们先看Collection的所有接口
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
|
public interface Collection<E> extends Iterable<E> { int size(); boolean contains(Object o); Iterator<E> iterator(); Object[] toArray(); <T> T[] toArray(T[] a); boolean add(E e); boolean remove(Object o); boolean containsAll(Collection<?> c); boolean addAll(Collection<? extends E> c); boolean retainAll(Collection<?> c); void clear(); boolean equals(Object o); int hashCode();} |
在看List接口
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
|
public interface List<E> extends Collection<E> { int size(); boolean isEmpty(); Iterator<E> iterator(); Object[] toArray(); <T> T[] toArray(T[] a); boolean add(E e); boolean remove(Object o); boolean containsAll(Collection<?> c); boolean addAll(Collection<? extends E> c); boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c); boolean removeAll(Collection<?> c); boolean retainAll(Collection<?> c); void clear(); boolean equals(Object o); int hashCode(); E get(int index); E set(int index, E element); void add(int index, E element); E remove(int index); int indexOf(Object o); int lastIndexOf(Object o); ListIterator<E> listIterator(); ListIterator<E> listIterator(int index); List<E> subList(int fromIndex, int toIndex);} |
由于List是继承Collection，所有具有Collection所有的功能，从Collection接口中我们也可以看出，Collection不具有索引，不可以取元素的值，而List取可以，List是具有索引的，这样一来在获取元素方面远远好于Collection。
3：Iterable接口
从ArrayList中我们可以看出，最顶端的接口就是Iterable这个接口，这个是一个迭代器，接口如下
|
1
2
3
|
public interface Iterable<T> { Iterator<T> iterator();} |
这个接口主要是返回一个对象，这个对象是Iterator，那么我们在看看Iterator接口里面的方法
|
1
2
3
4
5
|
public interface Iterator<E> { boolean hasNext(); E next(); void remove();} |
那么我们主要看ArrayList是如何实现迭代器Iterator的。Iterator的实现在AbstractList这个抽象类中的一个私有类Itr中。我们看看具体实现
|
1
2
3
4
5
6
7
|
private class Itr implements Iterator<E> { int cursor = 0; int lastRet = -1; int expectedModCount = modCount; public boolean hasNext() { return cursor != size(); } |
cursor：记录即将调用索引的位置
lastRet：最后一个元素的索引
int expectedModCount = modCount;目的是为了验证modCount后面会单独说下。
判断这个集合是否存在最后一个元素，通过cursor != size();size表示数组的长度，因为数组中元素索引从0开始，所以当最后一个索引等于数组长度的时候说明已经到数组的尾部了。
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
|
public E next() { checkForComodification(); try { E next = get(cursor); lastRet = cursor++; return next; } catch (IndexOutOfBoundsException e) { checkForComodification(); throw new NoSuchElementException(); } } |
|
1
2
3
4
|
final void checkForComodification() { if (modCount != expectedModCount) throw new ConcurrentModificationException(); } |
modCount：记录所有数组数据结构变动的次数，包括添加、删除、更改等，为了避免并发时候，当多个线程同时操作时候，某个线程修改了数组结构，而另一个线程恰恰读取这个数组，这样一来就会产生错误。所以在这段代码中加入了modCount != expectedModCount，比如A线程对数据结构修改一次，那么modCount比如+1，而expectedModCount并没有发生变化，所以这样就会抛出异常。
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
|
public void remove() { if (lastRet == -1) throw new IllegalStateException(); checkForComodification(); try { AbstractList.this.remove(lastRet); if (lastRet < cursor) cursor--; lastRet = -1; expectedModCount = modCount; } catch (IndexOutOfBoundsException e) { throw new ConcurrentModificationException(); } } |
我们刚刚说了lastRet记录的是最后一个元素，所以删除的时候直接按照索引删除即可，因为modCount会减一，所以重新对expectedModCount 进行赋值，避免遍历时候产生错误。而且把lastRed在次赋初始值。
4：分析ArrayList
刚刚目的是为了更加连接ArrayList做个铺垫，ArrayList和我们以前数据结构中提到的顺序表一样，采用Object[] 数组进行存储元素，用size来记录元素的元素的个数。
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
|
/** * The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored. * The capacity of the ArrayList is the length of this array buffer. */ private transient Object[] elementData; /** * The size of the ArrayList (the number of elements it contains). * * @serial */ private int size; |
关于transient，一旦变量被transient修饰，变量将不再是对象持久化的一部分，那么为啥采用transient修饰呢，由于elementData本身是一个缓存数组，通常会预留一些容量，当容量不够时然后进行扩充，比如现在elementData容量是10，但是只有5个元素，数组中的最后五个元素是没有实际意义的，不需要储存，所以ArrayList的设计者将elementData设计为transient，然后在writeObject方法中手动将其序列化，并且只序列化了实际存储的那些元素，而不是整个数组。我们看下writeObject方法
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
|
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws java.io.IOException{ // Write out element count, and any hidden stuff int expectedModCount = modCount; s.defaultWriteObject(); // Write out array length s.writeInt(elementData.length); // Write out all elements in the proper order. for (int i=0; i<size; i++) s.writeObject(elementData[i]); if (modCount != expectedModCount) { throw new ConcurrentModificationException(); } } |
关于ArrayList的初始化。ArrayList的设计者采用3种方式初始化。（默认数组容量是10）
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
|
public ArrayList(int initialCapacity) { super(); if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+initialCapacity); this.elementData = new Object[initialCapacity]; } public ArrayList() { this(10); } public ArrayList(Collection<? extends E> c) { elementData = c.toArray(); size = elementData.length; // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652) if (elementData.getClass() != Object[].class) elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class); } |
trimToSize方法，这个方法可能我们好多人用的少，其实意义蛮大的，它主要把没用的容量去除掉，这样一来可以减少内存的开销
|
1
2
3
4
5
6
|
public void trimToSize() {modCount++;int oldCapacity = elementData.length;if (size < oldCapacity) { elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);} |
ensureCapacity方法，我们知道数组如果满了就会进行扩容，这个方法就是扩容的。
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
|
public void ensureCapacity(int minCapacity) { modCount++; int oldCapacity = elementData.length; if (minCapacity > oldCapacity) { Object oldData[] = elementData; int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1; if (newCapacity < minCapacity) newCapacity = minCapacity; // minCapacity is usually close to size, so this is a win: elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); } |
modCount就是增加因子，记录操作数组结构的次数，首先和容量进行比对，如果不够了进行扩容。这是Java1.6版本的就是在原来的基础上扩容1.5倍。1.7采用>>1也就是所有元素像右边移动一位然后加上原来的容量。其中
indexOf方法，这个方法是获取元素索引。通过索引然后进行查询元素
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
|
public int indexOf(Object o) { if (o == null) { for (int i = 0; i < size; i++) if (elementData[i]==null) return i; } else { for (int i = 0; i < size; i++) if (o.equals(elementData[i])) return i; } return -1; } |
从中我们也可以看出ArrayList是支持null的插入的。同样采用的是循环遍历来进行查找，时间复杂的为n。
contains方法，验证数组是否包含某元素，直接通过indexOf验证返回值即可
|
1
2
3
|
public boolean contains(Object o) { return indexOf(o) >= 0; } |
lastIndexOf方法，和indexOf相对，indexOf是从前往后，lastIndexOf是从后面往前查找如下
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
|
public int lastIndexOf(Object o) { if (o == null) { for (int i = size-1; i >= 0; i--) if (elementData[i]==null) return i; } else { for (int i = size-1; i >= 0; i--) if (o.equals(elementData[i])) return i; } return -1; } |
toArray方法，就是把List转换成数组形式
|
1
2
3
|
public Object[] toArray() { return Arrays.copyOf(elementData, size); } |
get和set方法，这个就很简单了大家看下就行
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
|
public E get(int index) { RangeCheck(index); return (E) elementData[index]; } public E set(int index, E element) { RangeCheck(index); E oldValue = (E) elementData[index]; elementData[index] = element; return oldValue; } |
RangeCheck方法是进行验证的，查询的索引不可以超过数组的长度如下
|
1
2
3
4
5
|
private void RangeCheck(int index) {if (index >= size)throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+", Size: "+size);} |
add(E e)添加一个元素，这个采用尾插入，先验证容量，size+1是加入1个元素后长度，看原来数组容量是否够。
|
1
2
3
4
5
|
public boolean add(E e) {ensureCapacity(size + 1); // Increments modCount!!elementData[size++] = e;return true;} |
add(int index, E element)按照索引进行插入，第一个还是一样进行扩容，然后把索引index后面的元素全部向后面移一位。System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);的意思就是将elementData的第index个元素移到第index+1个元素上，长度为size-index。
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
|
public void add(int index, E element) { if (index > size || index < 0) throw new IndexOutOfBoundsException( "Index: "+index+", Size: "+size); ensureCapacity(size+1); // Increments modCount!! System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index); elementData[index] = element; size++; } |
addAll(Collection<? extends E> c)
|
1
2
3
4
5
6
7
8
|
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) { Object[] a = c.toArray(); int numNew = a.length; ensureCapacity(size + numNew); // Increments modCount System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew); size += numNew; return numNew != 0; } |
首先把集合c转换成a数组，然后计算要进行添加的数组长度，其它的基本和添加元素一致。arraycopy(Object src, int srcPos,Object dest, int destPos,int length)
参数次数依次 源数组，源数组起始位置，目标数组，目标数组起始位置，复制数组元素数目。
addAll(int index, Collection<? extends E> c)把数组插入到指定位置
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
|
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) { if (index > size || index < 0) throw new IndexOutOfBoundsException( "Index: " + index + ", Size: " + size); Object[] a = c.toArray(); int numNew = a.length; ensureCapacity(size + numNew); // Increments modCount int numMoved = size - index; if (numMoved > 0) System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew, numMoved); System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew); size += numNew; return numNew != 0; } |
首先判断是是否越界，然后和上面的基本一样，就是进行扩容判断，然后index后面的值进行后移包括index，然后留下的空间插入集合a。所以2次进行复制元素。
E remove(int index)和add相对，删除这个元素然后把index后面的元素往前面移一位size - index - 1其中-1是因为index这个元素会被删除，会少一位元素。
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
|
public E remove(int index) { RangeCheck(index); modCount++; E oldValue = (E) elementData[index]; int numMoved = size - index - 1; if (numMoved > 0) System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); elementData[--size] = null; // Let gc do its work return oldValue; } |
remove(Object o)这个就需要先进性验证然后找到这个元素的位置最后进行删除
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
|
public boolean remove(Object o) { if (o == null) { for (int index = 0; index < size; index++) if (elementData[index] == null) { fastRemove(index); return true; } } else { for (int index = 0; index < size; index++) if (o.equals(elementData[index])) { fastRemove(index); return true; } } return false; } |
|
1
2
3
4
5
6
7
8
|
private void fastRemove(int index) { modCount++; int numMoved = size - index - 1; if (numMoved > 0) System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); elementData[--size] = null; // Let gc do its work } |
clear就是把所有的原素置空
|
1
2
3
4
5
6
7
|
public void clear() { modCount++; // Let gc do its work for (int i = 0; i < size; i++) elementData[i] = null; size = 0; } |
subList方法，我们知道ArrayList是有这个方法，在ArrayList源码并不存在，因为是继承AbstractList而来的
|
1
2
3
4
5
|
public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) {return (this instanceof RandomAccess ? new RandomAccessSubList<E>(this, fromIndex, toIndex) : new SubList<E>(this, fromIndex, toIndex));} |
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
|
class SubList<E> extends AbstractList<E> { private AbstractList<E> l; private int offset; private int size; private int expectedModCount; SubList(AbstractList<E> list, int fromIndex, int toIndex) { if (fromIndex < 0) throw new IndexOutOfBoundsException("fromIndex = " + fromIndex); if (toIndex > list.size()) throw new IndexOutOfBoundsException("toIndex = " + toIndex); if (fromIndex > toIndex) throw new IllegalArgumentException("fromIndex(" + fromIndex + ") > toIndex(" + toIndex + ")"); l = list; offset = fromIndex; size = toIndex - fromIndex; expectedModCount = l.modCount; } |
从代码中我们可以看出这个一个基本内部类的实现，subList只是去List中的一段数据。但是关于subList我们要注意几个事项。
第一：如果我们改变了List的数值，那么你获取的subList中的值也随之改变，原因如下
|
1
2
3
4
5
|
public E get(int index) {rangeCheck(index);checkForComodification();return l.get(index+offset);} |
因为获取的还是以前List中的数据。同样如果修改subList获取的数值，List同样改变，
第二：如果改变了List结构，可能导致subList的不可用，因为这些修改已然基于原来的list，他们共同用一个list数组。
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
|
public void add(int index, E element) { if (index<0 || index>size) throw new IndexOutOfBoundsException(); checkForComodification(); l.add(index+offset, element); expectedModCount = l.modCount; size++; modCount++; } |
5：关于list删除错误分析
list在采用循环删除的时候会报ConcurrentModificationException异常，那么我们来看看具体原因，先看一段代码
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
|
List<String> list = new ArrayList<String>(); list.add("a"); list.add("b"); list.add("c"); list.add("d"); list.add("e"); for (String str:list){ list.remove(str); } |
由于foreach遍历最终会for (Iterator it=iterator;iterators.hasNext();)模式那么所以获取元素的时候必然会用到迭代器中的next方法，next方法我们前面说了会有if(modCount!= expectedModCount)throw new ConcurrentModificationException()验证。因为调用remove(T x)方法时候modCount会+1,所以2次比较就会出现不一致。
正确写法如下
|
1
2
3
4
5
|
Iterator iterator=list.iterator();while (iterator.hasNext()){ iterator.next(); iterator.remove();} |
为啥迭代器中remove就可以呢，是由于在remove代码中有expectedModCount = modCount这句代码。
6：ArrayList是线程安全吗
线程不安全就是指多个线程同时操作造成脏读，错读情况，很明显ArrayList是非线程安全的，比如说ArrayList现在只有一个值后，如果A，B2个线程同时删除这个值，A线程判断得到size=1,而此时时间片段到，CPU调用B线程执行发现size也是1，开始删除操作，然后A继续进行发现ArrayList已经空了就会报异常。或者添加等等。但是Vector是线程安全的，因为里面所有方法都加入了synchronized，这样造成的结果就是所有线程执行ArrayList方法都必须等待，直到获取同步锁才可以继续进行，这样一来性能大大降低。
以上就是本文的全部内容，希望本文的内容对大家的学习或者工作能带来一定的帮助，同时也希望多多支持服务器之家！
原文链接：http://www.cnblogs.com/LipeiNet/p/6523350.html
