Java源码解读之util.ArrayList

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ArrayList是List接口的一个可变长数组实现。实现了所有List接口的操作，并允许存储null值。除了没有进行同步，ArrayList基本等同于Vector。在Vector中几乎对所有的方法都进行了同步，但ArrayList仅对writeObject和readObject进行了同步，其它比如add(Object)、remove(int)等都没有同步。 　1.存储 　　ArrayList使用一个Object的数组存储元素。 private transient Object elementData[]; 　　ArrayList实现了java.io.Serializable接口，这儿的transient标示这个属性不需要自动序列化。下面会在writeObject()方法中详细讲解为什么要这样作。 　　2.add和remove public boolean add(Object o) { 　ensureCapacity(size 1); 　// Increments modCount!! elementData[size ] = o; 　return true; } 　　注意这儿的ensureCapacity()方法，它的作用是保证elementData数组的长度可以容纳一个新元素。在“自动变长机制”中将详细讲解。 public Object remove(int index) { 　RangeCheck(index); 　modCount ; 　Object oldValue = 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; } 　　RangeCheck()的作用是进行边界检查。由于ArrayList采用一个对象数组存储元素，所以在删除一个元素时需要把后面的元素前移。删除一个元素时只是把该元素在elementData数组中的引用置为null，具体的对象的销毁由垃圾收集器负责。 　　modCount的作用将在下面的“iterator()中的同步”中说明。 　　注：在前移时使用了System提供的一个实用方法：arraycopy()，在本例中可以看出System.arraycopy()方法可以对同一个数组进行操作，这个方法是一个native方法，如果对同一个数组进行操作时，会首先把从源部分拷贝到一个临时数组，在把临时数组的元素拷贝到目标位置。 　　3.自动变长机制 　　在实例化一个ArrayList时，你可以指定一个初始容量。这个容量就是elementData数组的初始长度。如果你使用： ArrayList list = new ArrayList(); 　　则使用缺省的容量：10。 public ArrayList() { this(10); } 　　ArrayList提供了四种add()方法， public boolean add(Object o) public void add(int index, Object element) public boolean addAll(Collection c) public boolean addAll(int index, Collection c) 　　在每一种add()方法中，都首先调用了一个ensureCapacity(int miniCapacity)方法，这个方法保证elementData数组的长度不小于miniCapacity。ArrayList的自动变长机制就是在这个方法中实现的。 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; 　　elementData = new Object[newCapacity]; 　　System.arraycopy(oldData, 0, elementData, 0, size); 　 } } 　　从这个方法实现中可以看出ArrayList每次扩容，都扩大到原来大小的1.5倍。 　　每种add()方法的实现都大同小异，下面给出add(Object)方法的实现： public boolean add(Object o) { 　ensureCapacity(size 1); 　// Increments modCount!! elementData[size ] = o; 　return true; } 　4.iterator()中的同步 　　在父类AbstractList中定义了一个int型的属性：modCount，记录了ArrayList结构性变化的次数。 protected transient int modCount = 0; 　　在ArrayList的所有涉及结构变化的方法中都增加modCount的值，包括：add()、remove()、addAll()、removeRange()及clear()方法。这些方法每调用一次，modCount的值就加1。 　　注：add()及addAll()方法的modCount的值是在其中调用的ensureCapacity()方法中增加的。 　　AbstractList中的iterator()方法（ArrayList直接继承了这个方法）使用了一个私有内部成员类Itr，生成一个Itr对象（Iterator接口）返回： public Iterator iterator() { return new Itr(); } 　　Itr实现了Iterator()接口，其中也定义了一个int型的属性：expectedModCount，这个属性在Itr类初始化时被赋予ArrayList对象的modCount属性的值。 int expectedModCount = modCount; 　　注：内部成员类Itr也是ArrayList类的一个成员，它可以访问所有的AbstractList的属性和方法。理解了这一点，Itr类的实现就容易理解了。 　　在Itr.hasNext()方法中： public boolean hasNext() { return cursor != size(); } 　　调用了AbstractList的size()方法，比较当前光标位置是否越界。 　　在Itr.next()方法中，Itr也调用了定义在AbstractList中的get(int)方法，返回当前光标处的元素： public Object next() { 　try 　{ 　　Object next = get(cursor); 　　checkForComodification(); 　　lastRet = cursor ; 　　return next; 　} 　catch(IndexOutOfBoundsException e) 　{ 　　checkForComodification(); 　　throw new NoSuchElementException(); 　} } 　　注意，在next()方法中调用了checkForComodification()方法，进行对修改的同步检查： final void checkForComodification() { 　if (modCount != expectedModCount) throw new ConcurrentModificationException(); } 　　现在对modCount和expectedModCount的作用应该非常清楚了。在对一个集合对象进行跌代操作的同时，并不限制对集合对象的元素进行操作，这些操作包括一些可能引起跌代错误的add()或remove()等危险操作。在AbstractList中，使用了一个简单的机制来规避这些风险。这就是modCount和expectedModCount的作用所在。 　　5.序列化支持 　　ArrayList实现了java.io.Serializable接口，所以ArrayList对象可以序列化到持久存储介质中。 ArrayList的主要属性定义如下： private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L; private transient Object elementData[]; private int size; 　　可以看出serialVersionUID和size都将自动序列化到介质中，但elementData数组对象却定义为transient了。也就是说ArrayList中的所有这些元素都不会自动系列化到介质中。为什么要这样实现？因为elementData数组中存储的“元素”其实仅是对这些元素的一个引用，并不是真正的对象，序列化一个对象的引用是毫无意义的，因为序列化是为了反序列化，当你反序列化时，这些对象的引用已经不可能指向原来的对象了。所以在这儿需要手工的对ArrayList的元素进行序列化操作。这就是writeObject()的作用。 private synchronized void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws java.io.IOException { // Write out element count, and any hidden stuff s.defaultWriteObject(); // Write out array length s.writeInt(elementData.length); // Write out all elements in the proper order. for (int i=0; i