线程安全性
对ArrayList的操作一般分为两个步骤,改变位置(size)和操作元素(e)。所以这个过程在多线程的环境下是不能保证具有原子性的,因此ArrayList在多线程的环境下是线程不安全的。
源码分析
1、属性分析
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
transient Object[] elementData;
private int size;
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
扩展:什么是序列化
序列化是指:将对象转换成以字节序列的形式来表示,以便用于持久化和传输。
实现方法:实现Serializable接口。
然后用的时候拿出来进行反序列化即可又变成Java对象。
transient关键字解析
Java中transient关键字的作用,简单地说,就是让某些被修饰的成员属性变量不被序列化。
有了transient关键字声明,则这个变量不会参与序列化操作,即使所在类实现了Serializable接口,反序列化后该变量为空值。
那么问题来了:ArrayList中数组声明:transient Object[] elementData;,事实上我们使用ArrayList在网络传输用的很正常,并没有出现空值。
原来:ArrayList在序列化的时候会调用writeObject()方法,将size和element写入ObjectOutputStream;反序列化时调用readObject(),从ObjectInputStream获取size和element,再恢复到elementData。
那为什么不直接用elementData来序列化,而采用上诉的方式来实现序列化呢?
原因在于elementData是一个缓存数组,它通常会预留一些容量,等容量不足时再扩充容量,那么有些空间可能就没有实际存储元素,采用上诉的方式来实现序列化时,就可以保证只序列化实际存储的那些元素,而不是整个数组,从而节省空间和时间。
2、构造方法分析
根据initialCapacity 初始化一个空数组,如果值为0,则初始化一个空数组:
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);
}
}
不带参数初始化,默认容量为10:
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
通过集合做参数的形式初始化:如果集合为空,则初始化为空数组:
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;
}
}
3、主干方法
trimToSize()方法:
用来最小化实例存储,将容器大小调整为当前元素所占用的容量大小。
public void trimToSize() {
modCount++;
if (size < elementData.length) {
elementData = (size == 0)
? EMPTY_ELEMENTDATA
: Arrays.copyOf(elementData, size);
}
}
clone()方法
用来克隆出一个新数组。
public Object clone() {
try {
ArrayList> v = (ArrayList>) 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(e);
}
}
通过调用Object的clone()方法来得到一个新的ArrayList对象,然后将elementData复制给该对象并返回。
add(E e)方法
在数组末尾添加元素。
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
看到它首先调用了ensureCapacityInternal()方法.注意参数是size+1,这是个面试考点。
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}
这个方法里又嵌套调用了两个方法:计算容量+确保容量。
计算容量:如果elementData是空,则返回默认容量10和size+1的最大值,否则返回size+1。
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
return minCapacity;
}
计算完容量后,进行确保容量可用:(modCount不用理它,它用来计算修改次数)。
如果size+1 > elementData.length证明数组已经放满,则增加容量,调用grow()。
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
增加容量:默认1.5倍扩容。
- 获取当前数组长度=>oldCapacity。
- oldCapacity>>1 表示将oldCapacity右移一位(位运算),相当于除2。再加上1,相当于新容量扩容1.5倍。
- 如果newCapacity
>1=1,1<2所以如果不处理该情况,扩容将不能正确完成。 - 如果新容量比最大值还要大,则将新容量赋值为VM要求最大值。
- 将elementData拷贝到一个新的容量中。
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);
}
size+1的问题
好了,那到这里可以说一下为什么要size+1。
size+1代表的含义是:
- 如果集合添加元素成功后,集合中的实际元素个数。
- 为了确保扩容不会出现错误。
假如不加一处理,如果默认size是0,则0+0>>1还是0。
如果size是1,则1+1>>1还是1。有人问:不是默认容量大小是10吗?事实上,jdk1.8版本以后,ArrayList的扩容放在add()方法中。之前放在构造方法中。我用的是1.8版本,所以默认 ArrayList arrayList = new ArrayList();后,size应该是0.所以,size+1对扩容来讲很必要.
public static void main(String[] args) {
ArrayList arrayList = new ArrayList();
System.out.println(arrayList.size());
}
输出:0
事实上上面的代码是证明不了容量大小的,因为size只会在调用add()方法时才会自增。有办法的小伙伴可以在评论区大显神通。
add(int index, E element)方法
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++;
}
rangeCheckForAdd()是越界异常检测方法。ensureCapacityInternal()之前有讲,着重说一下System.arrayCopy方法:
public static void arraycopy(Object src, int srcPos, Object dest, int destPos, int length)
代码解释:
Object src : 原数组
int srcPos : 从元数据的起始位置开始
Object dest : 目标数组
int destPos : 目标数组的开始起始位置
int length : 要copy的数组的长度
示例:size为6,我们调用add(2,element)方法,则会从index=2+1=3的位置开始,将数组元素替换为从index起始位置为index=2,长度为6-2=4的数据。
异常处理:
private void rangeCheckForAdd(int index) {
if (index > size || index < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
set(int index,E element)方法
public E set(int index, E element) {
rangeCheck(index);
E oldValue = elementData(index);
elementData[index] = element;
return oldValue;
}
E elementData(int index) {
return (E) elementData[index];
}
逻辑很简单,覆盖旧值并返回。
indexOf(Object o)方法
根据Object对象获取数组中的索引值。
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;
}
如果o为空,则返回数组中第一个为空的索引;不为空也类似。
注意:通过源码可以看到,该方法是允许传空值进来的。
get(int index)方法
返回指定下标处的元素的值。
public E get(int index) {
rangeCheck(index);
return elementData(index);
}
rangeCheck(index)会检测index值是否合法,如果合法则返回索引对应的值。
remove(int index)方法
删除指定下标的元素。
public E remove(int index) {
// 检测index是否合法
rangeCheck(index);
// 数据结构修改次数
modCount++;
E oldValue = elementData(index);
// 记住这个算法
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;
}
这里又碰到了System.arraycopy()方法,详情请查阅上文。
大概思路:将该元素后面的元素前移,最后一个元素置空。
ArrayList优缺点
优点:
- 因为其底层是数组,所以修改和查询效率高。
- 可自动扩容(1.5倍)。
缺点:
- 插入和删除效率不高。
- 线程不安全。
那面试手写ArrayList应该就不是问题了。