【Java集合-3】ArrayList简析
Java集合03 ArrayList简析 在前面的集合框架那一章中,简单总结了Java集合的架构,List是Collection下的一大分支,而ArrayList又是List中最为常用的。本章将对ArrayList做一个总结,以供将来回顾之用。
1 ArrayList说明
1.1 ArrayList简介
ArrayList是一个数组队列,相当于动态数组。与Java中的数组相比,它的容量能动态增长。
- ArrayList 是一个数组队列,继承了AbstractList,实现了List,提供了元素添加、删除、修改、遍历等功能。
- ArrayList 实现了RandmoAccess接口,即提供了随机访问功能(通过元素序号快速获取元素,即所谓的快速访问)。
- ArrayList 实现了Cloneable接口,即覆盖了函数clone(),能被克隆。
- ArrayList 实现java.io.Serializable接口,这意味着ArrayList支持序列化,能通过序列化去传输。
- ArrayList 线程不安全,在多线程中可以选择CopyOnWriteArrayList。
ArrayList继承关系
1.2 ArrayList数据结构
ArrayList的成员变量:
//初始化默认容量
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
// 空对象数组
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 默认容量的空对象数组
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 实际存储对象的数组
transient Object[] elementData;
// 存储的数量
private int size;
// 数组能申请的最大数量
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
成员变量中的elementData 和 size 是两个比较重要的参数:
- elementData 是"Object[]类型的数组",它保存了添加到ArrayList中的元素。实际上,elementData是个动态数组,我们能通过构造函数 ArrayList(int initialCapacity)来执行它的初始容量为initialCapacity;如果通过不含参数的构造函数ArrayList()来创建ArrayList,则elementData的容量默认是10。elementData数组的大小会根据ArrayList容量的增长而动态的增长,具体的增长方式,请参考源码分析中的ensureCapacity()函数。
- size 则是动态数组的实际大小。
1.3 ArrayList构造函数
ArrayList提供了三个构造函数:
// 默认构造函数
public ArrayList()
// capacity:ArrayList的默认容量大小。增加数据导致容量不足时,ArrayList会扩容,增加上一次容量大小的一半。
public ArrayList(int capacity) {
// 当 initialCapacity > 0 时,初始化对应大小的数组
if (initialCapacity > 0) {
this.elementData = new Object[initialCapacity];
// 为 0 时,用指向EMPTY_ELEMENTDATA
} else if (initialCapacity == 0) {
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity);
}
}
// 创建一个包含collection的ArrayList
public ArrayList(Collection<? extends E> collection) {
elementData = c.toArray();
if ((size = elementData.length) != 0) {
// c.toArray不返回Object[]的时候,则进行数组拷贝
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
// 如果为空,则指向EMPTY_ELEMENTDATA
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}
1.4 ArrayList的API
返回值 |
方法 |
描述 |
---|---|---|
boolean |
add(E e) |
将指定的元素添加到此列表的尾部。 |
void |
add(int index, E element) |
将指定的元素插入此列表中的指定位置。 |
boolean |
addAll(Collection<? extends E> c) |
按照指定 collection 的迭代器所返回的元素顺序,将该 collection 中的所有元素添加到此列表的尾部。 |
boolean |
addAll(int index, Collection<? extends E> c) |
从指定的位置开始,将指定 collection 中的所有元素插入到此列表中。 |
void |
clear() |
移除此列表中的所有元素。 |
Object |
clone() |
返回此 ArrayList 实例的浅表副本。 |
boolean |
contains(Object o) |
如果此列表中包含指定的元素,则返回 true。 |
void |
ensureCapacity(int minCapacity) |
如有必要,增加此 ArrayList 实例的容量,以确保它至少能够容纳最小容量参数所指定的元素数。 |
E |
get(int index) |
返回此列表中指定位置上的元素。 |
int |
indexOf(Object o) |
返回此列表中首次出现的指定元素的索引,或如果此列表不包含元素,则返回 -1。 |
boolean |
isEmpty() |
如果此列表中没有元素,则返回 true |
int |
lastIndexOf(Object o) |
返回此列表中最后一次出现的指定元素的索引,或如果此列表不包含索引,则返回 -1。 |
E |
remove(int index) |
移除此列表中指定位置上的元素。 |
boolean |
remove(Object o) |
移除此列表中首次出现的指定元素(如果存在) |
protected void |
removeRange(int fromIndex, int toIndex) |
移除列表中索引在 fromIndex(包括)和 toIndex(不包括)之间的所有元素。 |
E |
set(int index, E element) |
用指定的元素替代此列表中指定位置上的元素。 |
int |
size() |
返回此列表中的元素数。 |
Object[] |
toArray() |
按适当顺序(从第一个到最后一个元素)返回包含此列表中所有元素的数组。 |
T[] |
toArray(T[] a) |
按适当顺序(从第一个到最后一个元素)返回包含此列表中所有元素的数组;返回数组的运行时类型是指定数组的运行时类型。 |
void |
trimToSize() |
将此 ArrayList 实例的容量调整为列表的当前大小。 |
2 ArrayList常用操作
2.1 ArrayList遍历
ArrayList支持三种遍历方式:迭代器遍历、随机访问遍历、增强for遍历
public static void main(String[] args) {
List<Integer> list = Arrays.asList(1, 7, 5, 3, 8, 2);
// 迭代器遍历
Iterator<Integer> it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
int value = (int) it.next();
System.out.println(value + " ");
}
// 随机访问遍历
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
int value = list.get(i);
System.out.println(value + " ");
}
// 增强for遍历
for (int value : list) {
System.out.print(value + " ");
}
}
2.2 ArrayList排序
ArrayList集合排序依赖于Collections.sort(),其默认是按升序排序的,如果想要降序排列,需重写Collections.sort()方法。
public static void main(String[] args) {
List<Integer> list = Arrays.asList(1, 7, 5, 3, 8, 2);
// 按照字典顺序排序
Collections.sort(list);
System.out.println("默认排序:" + list);
// 自定义排序
Collections.sort(list, new Comparator<Integer>() {
@Override
public int compare(Integer o1, Integer o2) {
int i = o1.compareTo(o2);
// int、double型,可以直接用o1 > o2做if的判断条件,String类型只能用compareTo方法
if (i > 0)
return -1;
return 1;
}
});
System.out.println("自定义排序:" + list);
}
运行结果:
默认排序:[1, 2, 3, 5, 7, 8]
自定义排序:[8, 7, 5, 3, 2, 1]
2.3 ArrayList删除元素
现在有 [a,a,b,c,e,a,d] 这么一个ArrayList集合,删除该集合中的所有的"a"。也许有人觉得很简单,并给出下面代码:
public static void main(String[] args) {
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("a");
list.add("a");
list.add("d");
list.add("c");
list.add("a");
list.add("e");
list.add("m");
// 错误的删除方法:
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
String value = list.get(i);
if (value.equals("a"))
list.remove(i);
}
System.out.println(list);
}
运行结果:
[a, d, c, e, m]
可以看到,当有连续两个以上a元素时,最终会保留一个。原因是,删除元素后,ArrayList集合的索引重新排列,删除元素后面的元素索引全部向前移动一位,本例中,删除第一个a后,第二个a的索引就由1变成了0,而for循环已经运行过0了,导致第二个a未被删除。 正确的做法是倒序遍历删除:
for (int i = list.size()-1; i >= 0; i--) {
String value = list.get(i);
if (value.equals("a"))
list.remove(i);
}
3 ArrayList部分方法源码(基于JDK1.8)
3.1 get(int index)
// 先检查index范围是否正确,正确的话从数组里取出元素
public E get(int index) {
rangeCheck(index);
return elementData(index);
}
E elementData(int index) {
return (E) elementData[index];
}
private void rangeCheck(int index) {
// 如果index 大于 存储的个数,则抛出异常
if (index >= size)
// outOfBoundsMsg里面就是简单的字符串拼接。
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
3.2 add(E e)
public boolean add(E e) {
// 对于刚初始化的数组,要初始化它的大小
// 判断数组大小是否足够,如果不够大,扩容
// 对于扩容要判断是否到达数组的最大数量
ensureCapacityInternal(size + 1);
//赋值,然后指针走到下一个空位
elementData[size++] = e;
return true;
}
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
// 上述情况一:初始化数组的大小
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
// 取minCapacity和DEFAULT_CAPACITY中较大的那个
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
// 检查有没有扩容的必要
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
// 修改次数的计数器(在AbstractList中定义的)
modCount++;
// 如果需要的空间大小 > 当前数组的长度,则进行扩容
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
private void grow(int minCapacity) {
// 记录旧的length
int oldCapacity = elementData.length;
// 扩容1.5倍, 位运算符效率更高
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
// 判断有没有溢出
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
// 判断有没有超过最大的数组大小
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
//计算最大的容量
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// 旧数组拷贝到新的大小数组
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
// 最大的容量
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
// 大小溢出
if (minCapacity < 0)
throw new OutOfMemoryError();
// 需要的最小容量 > 数组最大的长度,则取Integer的最大值,否则取数组最大长度
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}
3.3 remove(Object o)
public boolean remove(Object o) {
// 判断o为null,loop遍历找到为null的元素
if (o == null) {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (elementData[index] == null) {
fastRemove(index);
return true;
}
// 不为null
} else {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (o.equals(elementData[index])) {
fastRemove(index);
return true;
}
}
return false;
}
// 与上面的remove(int index) 类似
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;
}
set(int index, E element)
public E set(int index, E element) {
rangeCheck(index);
// 记录旧的值
E oldValue = elementData(index);
//在原位置设置新的值
elementData[index] = element;
return oldValue;
}
3.4 addAll(Collection<? extends E> c)
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
// 对于新的最小长度进行判断处理
ensureCapacityInternal(size + numNew);
//将a数组,从index-0开始,拷贝numNew个,到elementData的size位置
System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
//将size增加numNew个
size += numNew;
return numNew != 0;
}
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