如何理解Java容器中ArrayList的源码分析
这篇文章给大家介绍如何理解Java容器中List的源码分析,内容非常详细,感兴趣的小伙伴们可以参考借鉴,希望对大家能有所帮助。
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如果没有特别说明,以下源码分析基于 JDK 1.8。
一、ArrayList
1. 概览
实现了 RandomAccess 接口,因此支持随机访问。这是理所当然的,因为 ArrayList 是基于数组实现的。
public class ArrayListextends AbstractList implements List , RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
数组的默认大小为 10。
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
2. 扩容
添加元素时使用 ensureCapacityInternal() 方法来保证容量足够,如果不够时,需要使用 grow() 方法进行扩容, 新容量的大小为 oldCapacity + (oldCapacity >> 1),也就是旧容量的 1.5 倍。
扩容操作需要调用 Arrays.copyOf() 把原数组整个复制到新数组中,这个操作代价很高,因此最好在创建 ArrayList 对象时就指定大概的容量大小,减少扩容操作的次数。
public boolean add(E e) { //添加元素时使用 ensureCapacityInternal() 方法来保证容量足够, ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! elementData[size++] = e; return true; } private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); } ensureExplicitCapacity(minCapacity); } private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) { modCount++; // overflow-conscious code if (minCapacity - elementData.length > 0) grow(minCapacity); } // grow() 方法进行扩容 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: //这个操作代价很高,因此最好在创建 ArrayList 对象时就指定大概的容量大小,减少扩容操作的次数。 elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); }
3. 删除元素
需要调用 System.arraycopy() 将 index+1 后面的元素都向左移动一位,该操作的时间复杂度为 O(N),可以看出 ArrayList 删除元素的代价是非常高的。
public E remove(int index) { rangeCheck(index); modCount++; E oldValue = elementData(index); //index+1 后面的元素都向左移动一位 即index+1位置的后面元素个数 (size-1)-(index+1)+1 int numMoved = size - index - 1; if (numMoved > 0) //将 index+1后面的元素都向左移动一位,原来的 (index+1)位置元素就移到 index位置 System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work return oldValue; }
4. Fail-Fast
modCount 用来记录 ArrayList 结构发生变化的次数。结构发生变化是指添加或者删除至少一个元素的所有操作,或者是调整内部数组的大小,仅仅只是设置元素的值不算结构发生变化。
在进行序列化或者迭代等操作时,需要比较操作前后 modCount 是否改变, 如果改变了需要抛出 ConcurrentModificationException。
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws java.io.IOException{ // Write out element count, and any hidden stuff //这里 记录操作前的 modCount int expectedModCount = modCount; s.defaultWriteObject(); // Write out size as capacity for behavioural compatibility with clone() s.writeInt(size); // Write out all elements in the proper order. for (int i=0; i5. 序列化
ArrayList 基于数组实现,并且具有动态扩容特性,因此保存元素的数组不一定都会被使用,那么就没必要全部进行序列化。
保存元素的数组 elementData 使用 transient 修饰,该关键字声明数组默认不会被序列化。
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class accessArrayList 实现了 writeObject() 和 readObject() 来只序列化数组中有元素填充那部分内容。
序列化时需要使用 ObjectOutputStream 的 writeObject() 将对象转换为字节流并输出。
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 size as capacity for behavioural compatibility with clone() s.writeInt(size); // Write out all elements in the proper order. for (int i=0; i反序列化使用的是 ObjectInputStream 的 readObject() 方法,原理类似。
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) throws java.io.IOException, ClassNotFoundException { elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; // Read in size, and any hidden stuff s.defaultReadObject(); // Read in capacity s.readInt(); // ignored if (size > 0) { // be like clone(), allocate array based upon size not capacity //根据size来分配内存,来控制只序列化数组中有元素填充那部分内容 ensureCapacityInternal(size); Object[] a = elementData; // Read in all elements in the proper order. for (int i=0; i6.System.arraycopy()和Arrays.copyOf()方法
Arrays.copyOf() 的源代码内部调用了 System.arraycopy() 方法。
System.arraycopy() 方法需要目标数组,将原数组拷贝到目标数组里,而且可以选择拷贝的起点和长度以及放入新数组中的位置;
Arrays.copyOf() 是系统自动在内部创建一个数组,并返回这个新创建的数组。
二、Vector
1. 同步
它的实现与 ArrayList 类似,但是使用了 synchronized 进行同步。
public synchronized boolean add(E e) { modCount++; ensureCapacityHelper(elementCount + 1); elementData[elementCount++] = e; return true; } public synchronized E get(int index) { if (index >= elementCount) throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index); return elementData(index); }2. 与 ArrayList 的比较
Vector 是同步的,因此开销就比 ArrayList 要大,访问速度更慢。 最好使用 ArrayList 而不是 Vector,因为同步操作完全可以由程序员自己来控制;
Vector 每次扩容新容量是旧容量的 2 倍空间,而 ArrayList 是 1.5 倍。
3. 替代方案
可以使用 Collections.synchronizedList(); 得到一个线程安全的 ArrayList。
Listlist = new ArrayList<>(); List synList = Collections.synchronizedList(list); 也可以使用 java.util.concurrent 并发包下的 CopyOnWriteArrayList 类。
Listlist = new CopyOnWriteArrayList<>(); 三、LinkedList
1. 概览
基于双向链表实现,使用 Node 存储链表节点信息。
private static class Node{ E item; Node next; Node prev; } 每个链表存储了 first 和 last 指针:
transient Nodefirst; transient Node last; 2. 添加元素
将元素添加到链表尾部
public boolean add(E e) { linkLast(e);//这里就只调用了这一个方法 return true; }/** * e作为最后一个元素。 */ void linkLast(E e) { final Nodel = last; final Node newNode = new Node<>(l, e, null); last = newNode;//新建节点,尾指针指向新节点 //如果是空的双向链表,则该节点既是尾节点,又是头节点 if (l == null) first = newNode; else l.next = newNode;//指向后继元素也就是指向下一个元素 size++; modCount++; } 将元素添加到链表头部
public void addFirst(E e) { linkFirst(e); }/** * e元素作为头元素 */ private void linkFirst(E e) { final Nodef = first; final Node newNode = new Node<>(null, e, f);//新建节点,以头节点为后继节点 first = newNode; //如果链表为空,last节点也指向该节点 if (f == null) last = newNode; //否则,将头节点的前驱指针指向新节点,也就是指向前一个元素 else f.prev = newNode; size++; modCount++; } 3. 删除指定元素
public boolean remove(Object o) { //如果删除对象为null if (o == null) { //从头开始遍历 for (Nodex = first; x != null; x = x.next) { //找到元素 if (x.item == null) { //从链表中移除找到的元素 unlink(x); return true; } } } else { //从头开始遍历 for (Node x = first; x != null; x = x.next) { //找到元素 if (o.equals(x.item)) { //从链表中移除找到的元素 unlink(x); return true; } } } return false; } /** * 注意:这个待删除的节点是不是头节点或者尾节点 */ E unlink(Nodex) { // assert x != null; final E element = x.item; final Node next = x.next;//得到后继节点 final Node prev = x.prev;//得到前驱节点 /** * 断开与 prev 的联系 */ //如果删除的节点是头节点,直接删除该头结点 if (prev == null) { first = next; } else { prev.next = next;//将前驱节点的后继节点指向后继节点 x.prev = null; //TODO:十分重要 } /** * 断开与 next 的联系 */ //如果删除的节点是尾节点,直接删除该尾节点 if (next == null) { last = prev; } else { next.prev = prev; x.next = null; } x.item = null; size--; modCount++; return element; } 4. 与 ArrayList 的比较
ArrayList 基于动态数组实现,LinkedList 基于双向链表实现;
ArrayList 支持随机访问,LinkedList 不支持;
LinkedList 在任意位置添加删除元素更快。
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