java

一：ArrayList结构图

 

简单说明：

1、上图中虚线且无依赖字样、说明是直接实现的接口

2、虚线但是有依赖字样、说明此类依赖与接口、但不是直接实现接口

3、实线是继承关系、类继承类、接口继承接口

 

二：ArrayList类简介：

            1、ArrayList是内部是以动态数组的形式来存储数据的、知道数组的可能会疑惑：数组不是定长的吗？这里的动态数组不是意味着去改变原有内部生成的数组的长度、而是保留原有数组的引用、将其指向新生成的数组对象、这样会造成数组的长度可变的假象。

            2、ArrayList具有数组所具有的特性、通过索引支持随机访问、所以通过随机访问ArrayList中的元素效率非常高、但是执行插入、删除时效率比较地下、具体原因后面有分析。

            3、ArrayList实现了AbstractList抽象类、List接口、所以其更具有了AbstractList和List的功能、前面我们知道AbstractList内部已经实现了获取Iterator和ListIterator的方法、所以ArrayList只需关心对数组操作的方法的实现、

            4、ArrayList实现了RandomAccess接口、此接口只有声明、没有方法体、表示ArrayList支持随机访问。

            5、ArrayList实现了Cloneable接口、此接口只有声明、没有方法体、表示ArrayList支持克隆。

            6、ArrayList实现了Serializable接口、此接口只有声明、没有方法体、表示ArrayList支持序列化、即可以将ArrayList以流的形式通过ObjectInputStream/ObjectOutputStream来写/读。

三：ArrayList API

 

// Collection中定义的API boolean add(E object) boolean addAll(Collection<? extends E> collection) void clear() boolean contains(Object object) boolean containsAll(Collection<?> collection) boolean equals(Object object) int hashCode() boolean isEmpty() Iterator<E> iterator() boolean remove(Object object) boolean removeAll(Collection<?> collection) boolean retainAll(Collection<?> collection) int size() <T> T[] toArray(T[] array) Object[] toArray() // AbstractList中定义的API void add(int location, E object) boolean addAll(int location, Collection<? extends E> collection) E get(int location) int indexOf(Object object) int lastIndexOf(Object object) ListIterator<E> listIterator(int location) ListIterator<E> listIterator() E remove(int location) E set(int location, E object) List<E> subList(int start, int end) // ArrayList新增的API Object clone() void ensureCapacity(int minimumCapacity) void trimToSize() void removeRange(int fromIndex, int toIndex)

    总结：相对与AbstractCollection而言、多实现了List中新增的通过索引操作元素的方法。

四：ArrayList源码分析

package com.chy.collection.core; import java.util.Arrays; import java.util.ConcurrentModificationException; import java.util.RandomAccess; public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable { private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L; /** 保存ArrayList中元素的数组*/ private transient Object[] elementData; /** 保存ArrayList中元素的数组的容量、即数组的size*/ private int size; /** 使用指定的大小创建ArrayList*/ public ArrayList(int initialCapacity) { super(); if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity); this.elementData = new Object[initialCapacity]; } /** 使用默认的大小创建ArrayList*/ public ArrayList() { this(10); } /** * 使用指定的Collection构造ArrayList、构造之后的ArrayList中包含Collection中的元素、 * 这些元素的排序方式是按照ArrayList的Iterator返回他们时候的顺序排序的 */ 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); } /** * 将此 ArrayList 实例的容量调整为列表的当前大小 */ public void trimToSize() { //此集合总共被修改的次数 modCount++; int oldCapacity = elementData.length; if (size < oldCapacity) { elementData = Arrays.copyOf(elementData, size); } } /** * 确保此ArrayList的最小容量能容纳下参数minCapacity指定的容量、 * 1、minCapacity大于原来容量、则将原来的容量增加(oldCapacity * 3)/2 + 1; * 2、若minCapacity仍然大于增加后的容量、则使用minCapacity作为ArrayList容量 * 3、若minCapacity不大于增加后的容量、则使用增加后的容量。 */ 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); } } /** 返回此列表中的元素的个数*/ public int size() { return size; } /** 如果此列表中没有元素，则返回 true*/ public boolean isEmpty() { return size == 0; } /** 如果此列表中包含指定的元素，则返回 true。*/ public boolean contains(Object o) { return indexOf(o) >= 0; } /** 返回指定对象在ArrayList中存放的第一个位置索引、注意空值的处理和Object.equals(? extends Object o)的返回值、不存在的话返回-1*/ 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; } /** 返回指定对象在ArrayList中存放最后一个位置的索引、注意空值的处理和Object.equals(? extends Object o)的返回值、不存在的话返回-1*/ 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; } /** 返回一个当前集合的浅clone对象*/ public Object clone() { try { ArrayList<E> v = (ArrayList<E>) super.clone(); v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size); v.modCount = 0; return v; } catch (CloneNotSupportedException e) { // this shouldn't happen, since we are Cloneable throw new InternalError(); } } /** 将当前ArrayList转换成Object数组、注意操作使用此方法转换后的数组有可能抛异常*/ public Object[] toArray() { return Arrays.copyOf(elementData, size); } /** * 将当前ArrayList转换成与传入的T类型相同的数组、当传入的a的length小于ArrayList的size的时候、方法内部会生成一个新的T[]返回 * 如果传入的T[]的length大于ArrayList的size、则T[]从下标size开始到最后的元素都自动用null填充。 */ public <T> T[] toArray(T[] a) { if (a.length < size) // Make a new array of a's runtime type, but my contents: return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass()); System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size); if (a.length > size) a[size] = null; return a; } // Positional Access Operations /** 获取ArrayList中索引为index位置的元素*/ public E get(int index) { RangeCheck(index); return (E) elementData[index]; } /** 将ArrayList的索引为index处的元素使用指定的E元素替换、返回被替换的原来的元素值*/ public E set(int index, E element) { RangeCheck(index); E oldValue = (E) elementData[index]; elementData[index] = element; return oldValue; } /** 将指定元素E添加到ArrayList的结尾处*/ public boolean add(E e) { //确保ArrayList的容量能够添加新的的元素 ensureCapacity(size + 1); // Increments modCount!! elementData[size++] = e; return true; } /** 将指定元素添加到指定的索引处 、 * 注意： * 1、如果指定的index大于Object[] 的size或者小于0、则抛IndexOutOfBoundException * 2、检测Object[]是否需要扩容 * 3、 将从index开始到最后的元素后移一个位置、 * 4、将新添加的元素添加到index去。 */ 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++; } /** 与add类似、 * 1、将指定index处的元素删除、 * 2、将index之后的所有元素前一一个位置、最后一个 * 3、将最后一个元素设置为null、--size * * 返回被删除的元素。 */ 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; } /** 删除Object[]中指定的元素Object 类似与contains方法与remove的结合体、只不过这里使用的是fastRemove方法去移除指定元素、移除成功则返回true*/ 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; } /* 删除指定索引处的元素、不返回被删除的元素*/ 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 } /** 清空ArrayList*/ public void clear() { modCount++; // Let gc do its work for (int i = 0; i < size; i++) elementData[i] = null; size = 0; } /** 将指定集合中的所有元素追加到ArrayList中（从最后开始追加）*/ 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; } /** 将指定集合中的所有元素插入到idnex开始的后面位置处、原有的元素往后排*/ 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; } /** 移除列表中索引在 fromIndex（包括）和 toIndex（不包括）之间的所有元素。 * 1、将Object[] 从toIdnex开始之后的元素（包括toIndex处的元素）移到Object[]下标从fromIndex开始之后的位置 * 2、若有Object[]尾部要有剩余的位置则用null填充 */ protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) { modCount++; int numMoved = size - toIndex; System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex, numMoved); // Let gc do its work int newSize = size - (toIndex-fromIndex); while (size != newSize) elementData[--size] = null; } /** 检测下标是否越界*/ private void RangeCheck(int index) { if (index >= size) throw new IndexOutOfBoundsException( "Index: "+index+", Size: "+size); } /** 将此ArrayList写入到ObjectOutputStream流中、先写ArrayList存放元素的Object[]长度、再将Object[]中的每个元素写入到ObjectOutputStream流中*/ 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(); } } /** 从ObjectInputStream中读取ArrayList、先读取ArrayList中Object[]的长度、再读取每个元素放入Object []中对应的位置*/ private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) throws java.io.IOException, ClassNotFoundException { // Read in size, and any hidden stuff s.defaultReadObject(); // Read in array length and allocate array int arrayLength = s.readInt(); Object[] a = elementData = new Object[arrayLength]; // Read in all elements in the proper order. for (int i=0; i<size; i++) a[i] = s.readObject(); } }

            总结：从ArrayList源码可以看出、ArrayList内部是通过动态数组来存储数据、从中我们也可以很容易的找到ArrayList的几个特性：

            1、             有序：如果不指定元素存放位置、则元素将依次从Object数组的第一个位置开始放、如果指定插入位置、则会将元素插入指定位置、后面的所有元素都后移

            2、             可重复：从源码中没有看到对存放的元素的校验

            3、             随机访问效率高：可以直接通过索引定位到我们要找的元素

            4、             自动扩容：ensureCapacity(int minCapacity)方法中会确保数组的最小size、当不够时会将原来的容量扩增到：(oldCapacity * 3) / 2 + 1。

            5、             变动数组元素个数（即添加、删除数组元素）效率低、在增删的操作中我们常见的一个函数： System.arraycopy()、他是将删除、或者添加之后、原有的元素进行移位、这是需要较大代价的。

    6、  ArrayList不是线程安全的、即当使用多线程操作ArrayList时会有可能出错、后面总结会有。

 

五：ArrayList示例

            因为使用集合、我们最关心的就是使用不同集合的不同方法的效率问题、而在这些中、最能体现效率问题的关键点是对集合的遍历、所以对于示例、分为两部分：第一部分是关于集合的不同的遍历方法的耗时示例、第二部分是集合的API的使用示例。

            1、遍历方法：

                        01）使用Iterator遍历ArrayList

 

for(Iterator<Integer> iter = list.iterator(); iter.hasNext(); ) { iter.next(); }

                        02）使用ListIterator遍历ArrayList

 

for(Iterator<Integer> iter = list.listIterator(); iter.hasNext(); ) { iter.next(); }

                        03）使用随机访问（即for(int i=0;i<xxx; i++)这种形式称为随机访问）遍历ArrayList

 

for (int i = 0; i < list.size(); i++){ list.get(i); }

                        04）使用增强for循环遍历ArrayList

for(@SuppressWarnings("unused") int i : list);

                        05）示例

 

package com.chy.collection.example; import java.util.ArrayList; import java.util.Iterator; import java.util.ListIterator; public class EragodicArrayList { /** * 测试不同遍历方式的效率 */ public static void testObtainAllElements(){ //初始化一个较大的ArrayList ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>(); for(int i=0; i<2000000; i++){ list.add(i); } //零：使用Iterator long start = startTime(); for(Iterator<Integer> iter = list.iterator(); iter.hasNext(); ) { iter.next(); } endTime(start); //result: 63ms //一：使用Iterator long start0 = startTime(); for(Iterator<Integer> iter = list.listIterator(); iter.hasNext(); ) { iter.next(); } endTime(start0); //result: 78ms //二：使用随机访问、通过索引 long start1 = startTime(); for (int i = 0; i < list.size(); i++){ list.get(i); } endTime(start1); //result: 16ms //三：使用增强for循环 long start2 = startTime(); for(@SuppressWarnings("unused") int i : list); endTime(start2); //result:62ms //四：使用ListIterator long start3 = startTime(); ListIterator<Integer> li = list.listIterator(0); while(li.hasNext()){ li.next(); } endTime(start3); //result: 63ms } private static void endTime(long start) { long end = startTime(); System.out.println(end - start + " ms"); } private static long startTime() { long start = System.currentTimeMillis(); return start; } public static void main(String[] args) { testObtainAllElements(); } }

           结果及说明：

                        63 ms                         78 ms                         15 ms                         63 ms                         62 ms

 从上面可以看出：使用随机访问效率最高、其他的差不多。

            2、API演示

 

package com.chy.collection.example; import java.util.ArrayList; import java.util.Arrays; import java.util.Iterator; import java.util.ListIterator; import com.chy.collection.bean.Student; public class ArrayListTest { /** * 测试ArrayList的添加元素方法、以及与size有关的方法 */ public static void testArrayListSize(){ //use default object array's size 10 ArrayList<String> list = new ArrayList<String>(); list.add("a"); list.add(1, "b"); // use specified size 4 ArrayList<String> list2 = new ArrayList<String>(4); list2.add("c"); list2.add("d"); list2.add("e"); list2.add("f"); //use specified size 5 ArrayList<String> list3 = new ArrayList<String>(5); list3.add("g"); list3.add("h"); list3.add("i"); list3.add("j"); list3.add("k"); list.addAll(list2);//从list末尾开始追加 System.out.println(list.size());// result: 6 list.addAll(6, list3);//从list索引6开始添加 System.out.println(list.size());// result: 11 //see AbstractCollection.toString(); System.out.println(list); //result: [a, b, c, d, e, f, g, h, i, j, k] // 对于ArrayList的大小、我们可以使用三个方法来操作 list.add(null); list.add(null); System.out.println(list.size()); list.trimToSize();//将list的大小设置成与其包含的元素相同、null也算是list中的元素、并且可以重复出现 System.out.println(list.size()); list.ensureCapacity(1);//确保list的大小不小于传入的参数值。 System.out.println(list.size()); System.out.println(list.size()); } /** * 测试ArrayList的包含、删除方法 */ public static void testArrayListContainsRemove(){ //初始化包含学号从1到10的十个学生的ArrayList ArrayList<Student> list1 = new ArrayList<Student>(); Student s1 = new Student(1,"chy1"); Student s2 = new Student(2,"chy2"); Student s3 = new Student(3,"chy3"); Student s4 = new Student(4,"chy4"); list1.add(s1); list1.add(s2); list1.add(s3); list1.add(s4); for (int i = 5; i < 11; i++) { list1.add(new Student(i, "chy" + i)); } System.out.println(list1); //初始化包含学号从1到4的四个学生的ArrayList ArrayList<Student> list2 = new ArrayList<Student>(); list2.add(s1); list2.add(s2); list2.add(s3); list2.add(s4); //查看list1中是否包含学号为1的学生（ 这里要注意、ArrayList中存放的都是对象的引用、而非堆内存中的对象） System.out.println(list1.contains(s1)); //查看list1中是否包含list2 System.out.println(list1.containsAll(list2)); //从新构造一个指向学号为1的student、查看list2是否包含、不包含就添加进去、在判断list1是否包含list2 Student newS1 = new Student(1, "newchy1"); System.out.println("list2 contains newS1 ? " + list2.contains(newS1)); if(!list2.contains(newS1)){ list2.add(newS1); } System.out.println("list2 members ：" + list2.toString()); System.out.println("list1 contains list2 ? " + list1.containsAll(list2)); //删除list1中索引为0的学生 System.out.println(list1.remove(0)); //如果学号为1的学生存在则删除、不存在删除学号为2的学生 if(!list1.remove(s1)){ System.out.println(list1.remove(s2)); } //删除list2中的学生 list1.removeAll(list2); System.out.println(list1); //清空list1 list1.clear(); //求list1与list2中元素的交集 list1.retainAll(list2); System.out.println(list1); } /** * 测试ArrayList的获取元素方法、 */ public static void testObtainArrayListElements(){ //将字符串数组转化成ArrayList String[] strArray = {"a", "b" ,"c", "d","e","f","g","h","i","j","k","l","m","n","o","p","q","r","s","t","u","v","w","x","y","z"}; /* 使用时会抛异常、是由于Arrays.asList(strArray)返回的是一个Object[]、不能强转成ArrayList<String>类型 ArrayList<String> list2 = (ArrayList<String>)Arrays.asList(strArray); System.out.println(list2); */ //一般情况下使用下面这种转换方式、他会自动的将数组转换之后的类型设置为runtime时的类型 ArrayList<String> list1 = new ArrayList<String>(Arrays.asList(strArray)); System.out.println(list1); //获取某个索引处的元素 System.out.println("str " + list1.get(0) + " size: " + list1.size()); //将最后一个元素设置成"a"、打印被替换的元素 System.out.println("old element :" + list1.set(list1.size()-1, list1.get(0)) + " list elements: " + list1); System.out.println(); //返回第一个、最后一个“a”、“w”、“z”的索引、不存在则返回-1、内部是根据ListIterator来返回索引的 System.out.println("first index of a : " + list1.indexOf("a") + " last index of a :" + list1.lastIndexOf("a")); System.out.println("first index of w : " + list1.indexOf("w") + " last index of w :" + list1.lastIndexOf("w")); System.out.println("first index of z : " + list1.indexOf("z") + " last index of z :" + list1.lastIndexOf("z")); } /** * 对ListIterator方法的测试 */ public static void testListIterator(){ String[] strArray = {"a", "b" ,"c", "d","e"}; ArrayList<String> list = new ArrayList<String>(Arrays.asList(strArray)); //倒序遍历list ListIterator<String> li = list.listIterator(list.size()); while(li.hasPrevious()){ System.out.println(li.previous()); } System.out.println("================================"); //以获取idnex方式 、正序遍历list ListIterator<String> li1 = list.listIterator(0); while(li1.hasNext()){ //System.out.println(li1.nextIndex()); 会造成死循环、具体可以看源码 //System.out.println(li1.previousIndex()); 同样会造成死循环、具体可以看源码 String s = li1.next(); if("d".equals(s)){ li1.set("a"); } if("e".equals(s)){ li1.add("f"); } if("b".equals(s)){ li1.remove(); } } System.out.println(list); //对于在遍历过程中想获取index、要注意死循环、和字节想要获取的方式、具体可以自己动手试试 ListIterator<String> li2 = list.listIterator(); while(li2.hasNext()){ li2.next(); System.out.println(li2.nextIndex() + "========" + li2.previousIndex()); } } /** * 测试ArrayList转换成Array时注意事项、附Array转换成List */ public static void testArrayList2Array(){ //关于Array转换成ArrayList上面已经有过介绍、现在再补充一点特殊情况 int[] intArray = new int[10]; for (int i = 0; i < intArray.length; i++) { intArray[i] = i; } //将上面的数组转化成ArrayList //ArrayList<int> list = Arrays.asList(intArray); 这种写法编译就会报错、因为集合的定义中、只能存放对象（其实是对象的引用）、所以我们要使用包装类型Integer //要先将上面的数组转换成Integer类型数组、只能手动转、不能强制或者自动转换、若有的话望贴出来啊 Integer[] integerArray = new Integer[intArray.length]; for (int i = 0; i < intArray.length; i++) { integerArray[i] = intArray[i]; } //ArrayList<Integer> list = (ArrayList<Integer>)Arrays.asList(integerArray); //System.out.println(list.get(0)); 会报错、原因上面有 //通常使用下面的转换方式 ArrayList<Integer> normalList = new ArrayList<Integer>(Arrays.asList(integerArray)); System.out.println(normalList.get(0)); //第一种 /* * 会报强制转换错误、 //ArrayList转换成Array Integer[] itg = (Integer[])normalList.toArray(); System.out.println(itg[0]); */ //第二种 Integer[] ia = new Integer[normalList.size()]; normalList.toArray(ia); System.out.println(ia[0]); //第三种、应该使用这种形式的定义、传入的参数的本质是供toArray内部调用其类型、对其size简单处理一下、如果size大于list的size、则后面的补null、如果小于、则使用新的数组替换传入的、并作为结果返回 Integer[] ia2 = normalList.toArray(new Integer[11]); System.out.println(ia2[10]); } /** * 测试fail-fast机制 */ public static void testFailFast(){ String[] s = {"a", "b", "c", "d", "e"}; ArrayList<String> strList = new ArrayList<String>(Arrays.asList(s)); Iterator<String> it = strList.iterator(); while(it.hasNext()){ String str = it.next(); System.out.println(str); //这里本来是多线程动了ArrayList中的元素造成的、现在仅仅是模拟一种情况、就是在迭代的过程中、另一个线程向ArrayList中添加一个元素造成的fail-fast //异常信息：java.util.ConcurrentModificationException if("d".equals(str)){ strList.add(str); } } } public static void main(String[] args) { // testArrayListSize(); // testArrayListContainsRemove(); // testObtainArrayListElements(); // testArrayList2Array(); // testFailFast(); testListIterator(); } }

总结：

              对于ArrayList、在记住其特性、有序可重复、便与查找、不便于增删的同时最好是能知道为什么他会有这些特性、其实源码就是最好的说明书、平常所接触的东西都是别人在源码的基础上分析得出的结论、只有自己的才是最适合自己的、别人总结的再好、看过、受教了、但是还是希望自己能动手总结一份、再差也是自己总结的、慢慢改进、只有自己的东西才是最适合自己的！