elementData[size++] = e;
return true;
}
public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index);
//在需要的时候进行扩容
ensureCapacityInternal(size + 1);
//将索引 index 后的所有数值向后推移一位
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}
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以上说的是存入单个数据的情况，此外还有存入整个集合的情况
//如果待添加的数据不为空则返回 true，否则返回 false
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacityInternal(size + numNew);
//将数组 a 复制到 elementData 的尾端
System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}
//从指定索引处添加数据，如果待添加的数据不为空则返回 true，否则返回 false
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
rangeCheckForAdd(index);
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacityInternal(size + numNew);
//需要移动的数组元素数量
int numMoved = size - index;
//因为要添加的数据可能刚好是从数组最尾端开始添加，所以 numMoved 可能为 0
//所以只在 numMoved > 0 的时候才需要对数组的元素值进行移动，以此空出位置给数组 a
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew, numMoved);
//将数组 a 包含的数据添加到 elementData 中
System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}
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[](()6、移除元素
因为数组是一种内存地址连续的数据结构，所以移除某个元素同样可能导致大量元素移动
//移除指定索引处的元素值，并返回该值
public E remove(int index) {
rangeCheck(index);
modCount++;
//待移除的元素值
E oldValue = elementData(index);
//因为要移除元素导致需要移动的元素数量
int numMoved = size - index - 1;
//因为要移除的元素可能刚好是数组最后一位，所以 numMoved 可能为 0
//所以只在 numMoved > 0 的时候才需要对 《Android学习笔记总结+最新移动架构视频+大厂安卓面试真题+项目实战源码讲义》无偿开源 徽信搜索公众号【编程进阶路】 数组的元素值进行移动
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
//不管数组是否需要对元素值进行移动，数组的最后一位都是无效数据了
//此处将之置为 null 以帮助GC回收
elementData[–size] = null;
return oldValue;
}
//移除集合中包含的第一位元素值为 o 的对象
//如果包含该对象，则返回 true ，否则返回 false
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;
}
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[](()7、扩容机制
再来看下数组的扩容机制的具体实现逻辑
ensureCapacity 方法的入参参数 minCapacity 就用于指定希望扩容后的最小空间，但 minCapacity 最终不会小于 DEFAULT_CAPACITY，即扩容后的数组容量不会小于 10。之所以要进行最小容量的限制，是为了减少多次扩容的可能性，十以内的数组很容易就发生扩容
如果在初始化 ArrayList 前已知目标数据的数据量，最好就使用ArrayList(int initialCapacity)来进行初始化，直接让底层数组扩充到目标大小，或者是在添加数据前就调用 ensureCapacity 方法直接让数组扩容到目标大小，避免之后赋值过程中多次扩容
public void ensureCapacity(int minCapacity) {
int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
-
? 0
- DEFAULT_CAPACITY;
if (minCapacity > minExpand) {
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
}
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
//如果当前数组大小的确是比需要的最小空间 minCapacity 小，则进行扩容
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
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实际上完成扩容操作的是 grow(int minCapacity) 方法。在扩容前，会先判断如果将容量提升到当前的 1.5 倍是否能达到 minCapacity 的要求 ，如果符合要求则直接将容量扩充到当前的 1.5 倍，否则扩充到 minCapacity，但最终容量不能大于 Integer.MAX_VALUE
构建出一个新的符合大小的数组后，就将原数组中的元素复制到新数组中，至此就完成了扩容
//数组可扩容到的最大容量
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
private void grow(int minCapacity) {
int oldCapacity = elementData.length;
//假设扩容后的空间大小是原先的1.5倍
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
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[](()8、修改元素
//将索引 index 出的元素值置为 element，并返回原始数值
public E set(int index, E element) {
rangeCheck(index);
E oldValue = elementData(index);
elementData[index] = element;
return oldValue;
}
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[](()9、遍历数组
遍历数组的方法包含以下几个，逻辑都比较简单，直接看注释即可。一个比较重要的知识点是看方法内部对 modCount 的校验
@Override
public void forEach(Consumer<? super E> action) {
Objects.requireNonNull(action);
final int expectedModCount = modCount;
@SuppressWarnings(“unchecked”)
final E[] elementData = (E[]) this.elementData;
final int size = this.size;
for (int i=0; modCount == expectedModCount && i < size; i++) {
//将集合元素依次传递给 accept 方法
action.accept(elementData[i]);
}
//如果 modCount 值被改动了，说明遍历过程中数组有被改动到
//那么就停止遍历并抛出异常
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
//按照给定规则对集合元素进行过滤，如果元素符合过滤规则那就将之移除
@Override
public boolean removeIf(Predicate<? super E> filter) {
Objects.requireNonNull(filter);
//要移除的元素个数
int removeCount = 0;
//用于标记集合是哪个索引位置需要被移除
final BitSet removeSet = new BitSet(size);
final int expectedModCount = modCount;
final int size = this.size;
for (int i=0; modCount == expectedModCount && i < size; i++) {
@SuppressWarnings(“unchecked”)
final E element = (E) elementData[i];
//依次判断集合元素是否符合过滤规则
if (filter.test(element)) {
//set 方法将导致索引位置 i 的元素变为 true
removeSet.set(i);
removeCount++;
}
}
//不允许在排序的过程中集合被其它方法修改了数组（例如：移除元素）
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
//只有 removeCount > 0 才说明需要移除元素
final boolean anyToRemove = removeCount > 0;
if (anyToRemove) {
//集合移除指定元素后的大小
final int newSize = size - removeCount;
for (int i=0, j=0; (i < size) && (j < newSize); i++, j++) {
//略过被标记为 true 的位置，直接跳到不需要移除元素的数组索引位
i = removeSet.nextClearBit(i);
//有效数据逐渐从尾部向头部聚集
elementData[j] = elementData[i];
}
//移除尾部的无效数据，有利于GC回收
for (int k=newSize; k < size; k++) {
elementData[k] = null;
}
this.size = newSize;
//不允许在排序的过程中集合被其它方法修改了数组（例如：移除元素）
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
modCount++;
}
return anyToRemove;
}
//将集合元素遍历传递给 operator，并将原始数据替换为 operator 的返回值
@Override
@SuppressWarnings(“unchecked”)
public void replaceAll(UnaryOperator operator) {
Objects.requireNonNull(operator);
final int expectedModCount = modCount;
final int size = this.size;
for (int i=0; modCount == expectedModCount && i < size; i++) {
//依次传递数组元素给 apply 方法，并将其返回值替换原始数据
elementData[i] = operator.apply((E) elementData[i]);
}
//不允许在排序的过程中集合被其它方法修改了数组（例如：移除元素）
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
modCount++;
}
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[](()10、迭代器
ArrayList 内部包含一个用于迭代元素的 Iterator 实现类，其用法如下所示
public static void main(String[] args) {
List stringList = new ArrayList<>();
stringList.add(“https://github.com/leavesC”);
Iterator iterator = stringList.iterator();
if (iterator.hasNext()) {
String next = iterator.next();
System.out.println(next);
}
}
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在这里有个小细节，ArrayList 里多处使用到了 modCount 这个成员变量，modCount 相当于对 ArrayList 的一个简单“快照”，即类似于 ArrayList 的一个版本号，每当添加、移除和修改元素时，modCount 都会递增
在我们遍历 ArrayList 的过程中，如果同时进行增减元素的操作，或者是存在多线程同时增减元素，那么就会导致遍历结果变得不可靠，或者是直接就导致数组越界异常，所以 ArrayList 就通过 modCount 来标记当前的迭代行为是否处于可靠状态。如果在在遍历数组元素的过程中判断到 modCount 的值前后发生了变化，就说明在遍历过程中 ArrayList 被改动了，此时就认定遍历结果不可靠，直接抛出异常。但需要注意的是，modCount 做的只是一个简单校验，无法准备判断出当前的遍历操作就真的是安全的
protected transient int modCount = 0;
public Iterator iterator() {
return new Itr();
}
private class Itr implements Iterator {
//lastRet 指向的元素的下一个元素的索引
int cursor;
//最后一个返回的元素的索引
//如果值为 -1，说明还未返回过元素或者改元素被移除了
int lastRet = -1;
//用于验证集合的数据结构在迭代的过程中是否被修改了
int expectedModCount = modCount;
//是否还有元素未被遍历
public boolean hasNext() {
return cursor != size;
}
//获取下一个元素
@SuppressWarnings(“unchecked”)
public E next() {
checkForComodification();
int i = cursor;
//如果索引值超出取值范围则抛出异常
if (i >= size)
throw new NoSuchElementException();
Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
//如果索引值超出数组的可索引范围则抛出异常
if (i >= elementData.length)
throw new ConcurrentModificationException();
cursor = i + 1;
return (E) elementData[lastRet = i];
}
//移除 lastRet 指向的元素
public void remove() {
if (lastRet < 0)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();
try {
ArrayList.this.remove(lastRet);
//因为 lastRet 位置原始的元素被移除了，所以此时 lastRet 指向的元素是原先 lastRet+1 位置的元素
cursor = lastRet;
lastRet = -1;
//因为是 Itr 主动对集合进行修改，所以此处需要主动更新 expectedModCount 值，避免之后抛出异常
expectedModCount = modCount;
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
//遍历从索引 cursor 开始之后剩下的元素
@Override
@SuppressWarnings(“unchecked”)
public void forEachRemaining(Consumer<? super E> consumer) {
Objects.requireNonNull(consumer);
final int size = ArrayList.this.size;
int i = cursor;
if (i >= size) {
return;
}
final Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
//遍历调用 accept 方法
while (i != size && modCount == expectedModCount) {
consumer.accept((E) elementData[i++]);
}
cursor = i;
lastRet = i - 1;
checkForComodification();
}
//判断迭代器在遍历集合的过程中，集合是否被外部改动了（例如被其它迭代器移除了元素）
//如果是的话则抛出异常
final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
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[](()11、效率测试
最后再来测试下 ArrayList 扩容次数的高低对其运行效率的影响
对三个 ArrayList 存入相同数据量的数据，但分别为 ArrayList 指定不同的初始化大小
public static void main(String[] args) {
long startTime = System.currentTimeMillis();
List stringList = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 300000; i++) {
stringList.add("leavesC " + i);
}
long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println(“初始容量为0，所用时间：” + (endTime - startTime) + “毫秒”);
startTime = System.currentTimeMillis();
List stringList2 = new ArrayList<>(100000);
for (int i = 0; i < 300000; i++) {
stringList2.add("leavesC " + i);
}
endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println(“初始容量为100000，所用时间：” + (endTime - startTime) + “毫秒”);
startTime = System.currentTimeMillis();
List stringList3 = new ArrayList<>(300000);
for (int i = 0; i < 300000; i++) {
stringList3.add("leavesC " + i);
}
endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println(“初始容量为300000，所用时间：” + (endTime - startTime) + “毫秒”);
}
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三种方式下 ArrayList 之间的运行效率差距还是很大的，虽然这种测试方法并不严谨，但也可以看到在省去扩容操作后 ArrayList 的运行效率还是提升了很多的
初始容量为0，所用时间：39毫秒
初始容量为100000，所用时间：32毫秒
初始容量为300000，所用时间：13毫秒
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[](()三、LinkedList
LinkedList 同时实现了 List 接口和 Deque 接口，所以既可以将 LinkedList 当做一个有序容器，也可以将之看作一个队列（Queue），同时又可以看作一个栈（Stack）。虽然 LinkedList 和 ArrayList 一样都实现了 List 接口，但其底层是通过双向链表来实现的，所以插入和删除元素的效率都要比 ArrayList 高，但也因此随机访问的效率要比 ArrayList 低
[](()1、类声明
从 LinkedList 实现的几个接口可以看出来，LinkedList 是支持快速访问，可克隆，可序列化的，而且可以将之看成一个支持有序访问的队列或者栈
public class LinkedList extends AbstractSequentialList implements List, Deque, Cloneable, java.io.Serializable
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LinkedList 内部通过双向链表的数据结构来实现的，每个链表结点除了存储本结点的数据元素外，还有两个指针分别用于指向其上下两个相邻结点，这个结点就是 LinkedList 中的静态类 Node
private static class Node {
//当前结点包含的实际元素
E item;
//指向下一个结点
Node next;
//指向上一个结点
Node prev;
Node(Node prev, E element, Node next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}
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[](()2、成员变量
//双向链表包含的结点总数，即数据总量
transient int size = 0;
//双向链表的头结点
transient Node first;
//双向链表的尾结点
transient Node last;
//序列化ID
private static final long serialVersionUID = 876323262645176354L;
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当中的成员变量 first 和 last 分别用于指向链表的头部和尾部结点，因此 LinkedList 的数据结构图是类似于这样的
[](()3、构造函数
LinkedList 不需要去请求一片连续的内存空间来存储数据，而是在每次有新的元素需要添加时再来动态请求内存空间，因此 LinkedList 的两个构造函数都很简单
public LinkedList() {
}
//传入初始数据
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
this();
addAll©;
}
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[](()4、添加元素
add(E e) 方法用于向链表的尾部添加结点，因为有 last 指向链表的尾结点，因此向尾部添加新元素只需要修改几个引用即可，效率较高
//将元素 e 作为尾结点添加
//因为 LinkedList 允许添加相同元素，所以此方法固定返回 true
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}
//将元素 e 置为尾结点
void linkLast(E e) {
//先保存原尾结点
final Node l = last;
//构建新的尾结点，并指向原尾结点
final Node newNode = new Node<>(l, e, null);
last = newNode;
//如果原尾结点为 null，说明原链表包含的元素个数为 0，则此时插入的尾结点同时即为头结点
//如果原尾结点不为 null，则将 next 指向新的尾结点
if (l == null)
first = newNode;
else
l.next = newNode;
//元素个数加1
size++;
modCount++;
}
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add(int index, E element) 方法用于向指定索引处添加元素，需要先通过索引 index 获取相应位置的结点，并在该位置开辟一个新的结点来存储元素 element，最后还需要修改相邻结点间的引用
//在索引 index 处插入元素 element
public void add(int index, E element) {
//判断索引大小是否合法，不合法则抛出 IndexOutOfBoundsException
checkPositionIndex(index);
//如果 index == size，则将 element 作为尾结点来添加
//否则则在索引 index 前开辟一个新结点
if (index == size)
linkLast(element);
else
linkBefore(element, node(index));
}
//将元素 e 置为 succ 结点的上一个结点
void linkBefore(E e, Node succ) {
//保存 succ 的上一个结点信息
final Node pred = succ.prev;
//构建元素 e 对应的结点
final Node newNode = new Node<>(pred, e, succ);
//将结点 succ 的上一个结点指向 newNode
succ.prev = newNode;
//如果 pred 为 null，说明 succ 是头结点，则将 newNode 置为新的头结点
if (pred == null)
first = newNode;
else
pred.next = newNode;
//元素个数加1
size++;
modCount++;
}
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[](()5、移除元素
remove() 方法有两种重载形式，其内部都是通过调用 unlink(Node<E> x) 方法来移除指定结点在链表中的引用，不同于 ArrayList 在移除元素时可能导致的大量数据移动，LinkedList 只需要通过移除引用即可将指定元素从链表中移除
//移除索引 index 处的结点
public E remove(int index) {
//判断索引大小是否合法，不合法则抛出 IndexOutOfBoundsException
checkElementIndex(index);
return unlink(node(index));
}
//对链表进行正向遍历，移除第一个元素值为 o 的结点
//如果移除成功则返回 true，否则返回 false
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
for (Node x = first; x != null; x = x.next) {
if (x.item == null) {
//移除结点 x
unlink(x);
return true;
}
}
} else {
for (Node x = first; x != null; x = x.next) {
if (o.equals(x.item)) {
//移除结点 x
unlink(x);
return true;
}
}
}
return false;
}
//移除结点 x 并返回其包含的元素值
E unlink(Node x) {
final E element = x.item;
final Node next = x.next;
final Node prev = x.prev;
//如果 prev == null，说明结点 x 为头结点，则将头结点置为原先的第二个结点
//如果 prev != null，则移除对结点 x 的引用
if (prev == null) {
first = next;
} else {
prev.next = next;
x.prev = null;
}
//如果 next == null，则说明结点 x 为尾结点，则将尾结点置为原先的倒数第二个结点
//如果 next != null，则移除对结点 x 的引用
if (next == null) {
last = prev;
} else {
next.prev = prev;
x.next = null;
}
//帮助GC回收
x.item = null;
//元素个数减1
size–;
modCount++;
return element;
}
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[](()6、随机访问元素
对于单向链表来说，如果想随机定位到某个结点，那么只能通过从头结点开始遍历的方式来定位，最极端的情况下需要遍历整个链表才能定位到目标结点。如果是双向链表，则可以选择正向遍历或者反向遍历，最极端的情况下需要遍历一半链表才能定位到目标结点。所以，相比数组来说，LinkedList 的随机访问效率并不高
