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/**
* Constructs an empty list with an initial capacity of ten.
*/
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
这个时候,我们从源码中可以看到,里面只有一行代码:this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA,那么定义的DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA可以在源码中找到:
/**
* Shared empty array instance used for default sized empty instances. We
* distinguish this from EMPTY_ELEMENTDATA to know how much to inflate when
* first element is added.
*/
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
通过注释可以得知,源码中定义了一个空的数组作为默认的大小,并且在第一个元素添加进来的时候再确定把数组扩充多少,这段逻辑会在接下来添加元素部分作出解释。
/**
* Constructs an empty list with the specified initial capacity.
* @param initialCapacity the initial capacity of the list
* @throws IllegalArgumentException if the specified initial capacity
* is negative
*/
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity);
}
}
/** * Constructs a list containing the elements of the specified * collection, in the order they are returned by the collection's * iterator. * * @param c the collection whose elements are to be placed into this list * @throws NullPointerException if the specified collection is null */ public ArrayList(Collection<? extends E> c) { elementData = c.toArray(); if ((size = elementData.length) != 0) { // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652) if (elementData.getClass() != Object[].class) elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class); } else { // replace with empty array. this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; } }
List提供了add方法来添加元素,我们进源码看一下这部分代码:
/**
* Appends the specified element to the end of this list.
*
* @param e element to be appended to this list
* @return <tt>true</tt> (as specified by {@link Collection#add})
*/
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
在elementData[size++] = e之前,有一个ensureCapacityInternal(size + 1),这个是扩容方法,在下一块会涉及到,所以此处暂不去管它,添加元素就是在elementData的某个位置处添加了一个元素的引用。
在上面的代码中我们提到了一个方法ensureCapacityInternal(),传入的参数是size+1(size是ArrayList所拥有的元素的个数),现在我们再来具体看这个方法:
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
如果存储的数组是一个空数组,那么最小容量就在DEFAULT_CAPACITY(默认容量,值为10)和size+1之间去一个最大值,现在我们回过头来想,如果这是第一次添加元素,那么minCapacity为此时就会被赋值为10,也就是,无参构造时,ArrayList的长度为10了。
接下来执行ensureExplicitCapacity(minCapacity),我们继续跟进源码:
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
modCount是为了统计集合被修改的次数的,如果是安全失败的迭代器发现这块有问题会抛出异常,在此不是重点,所以不详细介绍。
如果上面步骤得出的minCapacity(需要的最小容量) 比数组的容量大的话,就需要执行扩容,grow方法如下:
/** * Increases the capacity to ensure that it can hold at least the * number of elements specified by the minimum capacity argument. * * @param minCapacity the desired minimum capacity */ private void grow(int minCapacity) { // overflow-conscious code int oldCapacity = elementData.length; int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); if (newCapacity - minCapacity < 0) newCapacity = minCapacity; if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); // minCapacity is usually close to size, so this is a win: elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); }
定义oldCapacity为数组原来容量,newCapacity 为扩容后数组新的容量,
新容量为oldCapacity + (oldCapacity >> 1),通过移位运算,为1.5倍的oldCapacity ,也就是扩容到原来的1.5倍,1.5倍是开发人员在时间和空间上权衡取的一个值。如果计算后,新的容量还是小于所需要的最小容量的话,那么就把最小容量设置为新的容量。
下面的比较是当容量特别大时(极少出现的情况)所做的处理。
最后把数组中元素从原来的数组中的元素拷贝到新的数组中,方法如下:
public static <T,U> T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class<? extends T[]> newType) {
@SuppressWarnings("unchecked")
T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class)
? (T[]) new Object[newLength]
: (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength);
System.arraycopy(original, 0, copy, 0,
Math.min(original.length, newLength));
return copy;
}
数组中元素顺序不变,新数组中没有元素的位置为空。
/** * Removes the element at the specified position in this list. * Shifts any subsequent elements to the left (subtracts one from their * indices). * * @param index the index of the element to be removed * @return the element that was removed from the list * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc} */ public E remove(int index) { rangeCheck(index); modCount++; E oldValue = elementData(index); int numMoved = size - index - 1; if (numMoved > 0) System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work return oldValue; }
首先执行删除检查,如果要删除的元素位置大于数组长度,就会报下角标越界异常。
删除的过程,就是从指定元素后面的所有元素,通过System.arraycopy()整体向前移动,最后把尾部的元素置为null,等待gc的回收。
所以说ArrayList的删除性能是不稳定的,因为它需要把元素位置后面的所有元素向前拷贝,要拷贝的元素越多,性能就越差。
单纯的去尾部添加元素,性能其实并不差,但是向指定位置添加元素那么性能就不稳定了:
/** *Inserts the specified element at the specified position in this * list. Shifts the element currently at that position (if any) and * any subsequent elements to the right (adds one to their indices). * * @param index index at which the specified element is to be inserted * @param element element to be inserted * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc} */ public void add(int index, E element) { rangeCheckForAdd(index); ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index); elementData[index] = element; size++; }
首先执行,添加检查,如果添加的位置比数组长度大,那么就会报下角标越界异常。
最重要的点是:在指定位置添加,需要把该位置后面所有的元素整体都向后挪一个位置,也是通过System.arraycopy来实现,执行完毕,再把该位置的元素设置为要添加的元素,这时,性能就不稳定了吧,要挪动的元素越多,性能越差。
元素查找很简单:
/**
* Returns the element at the specified position in this list.
*
* @param index index of the element to return
* @return the element at the specified position in this list
* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
*/
public E get(int index) {
rangeCheck(index);
return elementData(index);
}
不涉及复杂的操作,直接返回该位置的元素,性能很好。
本文从源码出发,详细的分析了ArrayList的初始化、添加、扩容、删除的过程,通过此过程我们可以很清晰地了解到:
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