Java集合ArrayList學習~~__Java

參考連結：
Java集合，ArrayList底層實現和原理
ArrayList源碼分析（基於JDK1.6）
Java集合源碼分析（一）ArrayList
【Java集合源碼剖析】ArrayList源碼剖析

學習ArrayList的源碼之前，先弄明白幾個詞的概念：線性表、數組。

線性表是最基本、最簡單、也是最常用的一種資料結構。線性表中資料元素之間的關係是一對一的關係，即除了第一個和最後一個資料元素之外，其它資料元素都是首尾相接的。
線性表有兩種儲存方式：
- 一種是順序儲存結構(可以理解為記憶體連續分配在一起)
- 另一種是鏈式儲存結構(記憶體分布是不連續的，通過元素前後相連)

數組，是一種典型的順序儲存結構，其特點可參考 數組的空間是連續。 容量的固定性。就是當你不確定元素的數量時，你開的數組必須保證能夠放下元素最大數量，遺憾的是如果實際數量比最大數量少很多時，你開的數組沒有用到的記憶體就只能浪費掉了。 不利於修改。插入和刪除的時間複雜度最壞能達到O(n)，如果你在第一個位置插入一個元素，你需要把數組的每一個元素向後移動一位，如果你在第一個位置刪除一個元素，你需要把數組的每一個元素向前移動一位。 利於查詢。這種儲存方式的優點是查詢的時間複雜度為O(1)，通過首地址和位移量就可以直接存取到某元素。

總結網上的分析集合原始碼的歸類一般是看類的繼承關係和類的實現介面列表，ArraryList裡面的還算是比較簡單。

ArrayList的內部布局圖

下面是ArrayList在JDK1.6的源碼中的一些方法解釋。

package java.util;  public class ArrayList extends AbstractList      implements List, RandomAccess,  Cloneable, java.io.Serializable {      // 序列版本號碼      private static final       long serialVersionUID = 8683452581122892189L;      // ArrayList基於該數組實現，用該數組儲存資料     private transient Object[] elementData;      // ArrayList中實際資料的數量      private int size;      // ArrayList帶容量大小的建構函式。      public ArrayList(int initialCapacity) {          super();          if (initialCapacity < 0)              throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+  initialCapacity);          // 建立一個數組          this.elementData = new Object[initialCapacity];      }      // ArrayList無參建構函式。預設容量是10。      public ArrayList() {          this(10);      }      // 建立一個包含collection的ArrayList      public ArrayList(Collection<? extends E> c) {        elementData = c.toArray();          size = elementData.length;          if (elementData.getClass() != Object[].class)              elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);      }      // 將當前容量值設為實際元素個數      public void trimToSize() {          modCount++;          int oldCapacity = elementData.length;          if (size < oldCapacity) {              elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);          }      }      // 確定ArrarList的容量。      // 若ArrayList的容量不足以容納當前的全部元素，設定     // 新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1”      public void ensureCapacity(int minCapacity) {          // 將“修改統計數”+1，該變數主要是用來實現fail-fast機制的          modCount++;          int oldCapacity = elementData.length;          // 若當前容量不足以容納當前的元素個數，        // 設定 新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1”          if (minCapacity > oldCapacity) {              Object oldData[] = elementData;              int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;              //如果還不夠，則直接將minCapacity設定為當前容量            if (newCapacity < minCapacity)                  newCapacity = minCapacity;              elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);          }      }      // 添加元素e      public boolean add(E e) {          // 確定ArrayList的容量大小          ensureCapacity(size + 1);  // Increments modCount!!          // 添加e到ArrayList中          elementData[size++] = e;          return true;      }      // 返回ArrayList的實際大小      public int size() {          return size;      }      // ArrayList是否包含Object(o)      public boolean contains(Object o) {          return indexOf(o) >= 0;      }      //返回ArrayList是否為空白      public boolean isEmpty() {          return size == 0;      }      // 正向尋找，返回元素的索引值      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;          }      // 反向尋找(從數組末尾向開始尋找)，返回元素(o)的索引值      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ArrayList的Object數組      public Object[] toArray() {          return Arrays.copyOf(elementData, size);      }      // 返回ArrayList元素組成的數組    publicT[] toArray(T[] a) {          // 若數組a的大小 < ArrayList的元素個數；          // 則建立一個T[]數組，數組大小是“ArrayList的元素個數”，        // 並將“ArrayList”全部拷貝到新數組中          if (a.length < size)              return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());          // 若數組a的大小 >= ArrayList的元素個數；          // 則將ArrayList的全部元素都拷貝到數組a中。          System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);          if (a.length > size)              a[size] = null;          return a;      }      // 擷取index位置的元素值      public E get(int index) {          RangeCheck(index);          return (E) elementData[index];      }      // 設定index位置的值為element      public E set(int index, E element) {          RangeCheck(index);          E oldValue = (E) elementData[index];          elementData[index] = element;          return oldValue;      }      // 將e添加到ArrayList中      public boolean add(E e) {          ensureCapacity(size + 1);  // Increments modCount!!          elementData[size++] = e;          return true;      }      // 將e添加到ArrayList的指定位置      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++;      }      // 刪除ArrayList指定位置的元素      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;      }      // 刪除ArrayList的指定元素      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;      }      // 快速刪除第index個元素      private void fastRemove(int index) {          modCount++;          int numMoved = size - index - 1;          // 從"index+1"開始，用後面的元素替換前面的元素。          if (numMoved > 0)              System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,                               numMoved);          // 將最後一個元素設為null          elementData[--size] = null; // Let gc do its work      }      // 刪除元素      public boolean remove(Object o) {          if (o == null) {              for (int index = 0; index < size; index++)              if (elementData[index] == null) {                  fastRemove(index);              return true;              }          } else {              // 便利ArrayList，找到“元素o”，則刪除，並返回true。              for (int index = 0; index < size; index++)              if (o.equals(elementData[index])) {                  fastRemove(index);              return true;              }          }          return false;      }      // 清空ArrayList，將全部的元素設為null      public void clear() {          modCount++;          for (int i = 0; i < size; i++)              elementData[i] = null;          size = 0;      }      // 將集合c追加到ArrayList中      public boolean addAll(Collection 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;      }      // 從index位置開始，將集合c添加到ArrayList      public boolean addAll(int index, Collection 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;      }      // 刪除fromIndex到toIndex之間的全部元素。      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;      }      private void RangeCheck(int index) {      if (index >= size)          throw new IndexOutOfBoundsException(          "Index: "+index+", Size: "+size);      }      // 複製函數      public Object clone() {          try {              ArrayListv = (ArrayList) super.clone();              // 將當前ArrayList的全部元素拷貝到v中              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();          }      }      // java.io.Serializable的寫入函數      // 將ArrayList的“容量，所有的元素值”都寫入到輸出資料流中      private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)          throws java.io.IOException{      // Write out element count, and any hidden stuff      int expectedModCount = modCount;      s.defaultWriteObject();          // 寫入“數組的容量”          s.writeInt(elementData.length);      // 寫入“數組的每一個元素”      for (int i=0; i<size; i++)              s.writeObject(elementData[i]);      if (modCount != expectedModCount) {              throw new ConcurrentModificationException();          }      }      // java.io.Serializable的讀取函數：根據寫入方式讀出      // 先將ArrayList的“容量”讀出，然後將“所有的元素值”讀出      private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)          throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {          // Read in size, and any hidden stuff          s.defaultReadObject();          // 從輸入資料流中讀取ArrayList的“容量”          int arrayLength = s.readInt();          Object[] a = elementData = new Object[arrayLength];          // 從輸入資料流中將“所有的元素值”讀出          for (int i=0; i<size; i++)              a[i] = s.readObject();      }  }

總結：
1、ArrayList無參構造方法構造的ArrayList的容量預設為10。
2、添加元素的時候需要判斷容量是否夠大，也就是調用ensureCapacity方法，當容量不夠的時候開闢新的容量空間，並調用Arrays.copyof()方法把老數組的元素拷貝到新的數組裡面。

3、ArrayList是線程不安全的，多線程使用需要謹慎。
4、ArrayList基於數組實現，可以通過下標索引直接尋找到指定位置的元素，因此尋找效率高，但每次插入或刪除元素，就要大量地移動元素，插入刪除元素的效率低。
5、在尋找給定元素索引值等的方法中，源碼都將該元素的值分為null和不為null兩種情況處理，ArrayList中允許元素為null。