浅析 ArrayList

by emanjusaka from https://www.emanjusaka.top/2023/12/java-arrayList 彼岸花开可奈何
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ArrayList是一个使用List接口实现的Java类。顾名思义，Java ArrayList提供了动态数组的功能，其中数组的大小不是固定的。它实现了所有可选的列表操作，并允许所有元素，包括null。

ArrayList 继承于 AbstractList ，实现了 List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable 这些接口。

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{

  }

ArrayList 中的构造函数

// 默认初始化容量
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
// 用于空实例的共享空数组实例。
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 用于默认大小的空实例的共享空数组实例。我们将其与EMPTY_ELEMENTDATA区别开来，以了解添加第一个元素时要膨胀多少。
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
  
public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

    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);
        }
    }

    public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
        Object[] a = c.toArray();
        if ((size = a.length) != 0) {
            if (c.getClass() == ArrayList.class) {
                elementData = a;
            } else {
                elementData = Arrays.copyOf(a, size, Object[].class);
            }
        } else {
            // replace with empty array.
            elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        }
    }

默认构造函数，使用初始容量10构造一个空列表(无参数构造)
带初始容量参数的构造函数。（用户自己指定容量）
构造包含指定collection元素的列表，这些元素利用该集合的迭代器按顺序返回

自动扩容


public void ensureCapacity(int minCapacity) {
        int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
            // any size if not default element table
            ? 0
            // larger than default for default empty table. It's already
            // supposed to be at default size.
            : DEFAULT_CAPACITY;
        // 最小容量大于初始容量
        if (minCapacity > minExpand) {
            ensureExplicitCapacity(minCapacity);
        }
    }

    private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        return minCapacity;
    }

    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
    }

    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;

        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            // 扩容
            grow(minCapacity);
    }

    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);
    }
      private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
    }

当我们在 Java 中创建 ArrayList 时，它的默认容量为 10。如果添加的元素多于初始容量，则 ArrayList 可以自动调整大小。如果确定需要添加到 ArrayList 的最小元素数，则可以使用ensureCapacity()方法指定。

初始容量：当创建一个新的 ArrayList 时，它会指定一个初始容量。这个初始容量决定了 ArrayList 可以容纳多少个元素，而不必扩容。
扩容因子：ArrayList 还具有一个扩容因子，它决定了当 ArrayList 需要扩容时，它的容量将增加多少。扩容因子通常是一个大于 1 的数字，例如 1.5 或 2。
扩容条件：当 ArrayList需要添加一个新元素时，它会检查其当前容量是否足够。如果当前容量不够，它将进行扩容。
扩容过程：扩容过程包括以下步骤：
- 创建一个新的数组，其容量为当前容量乘以扩容因子。
- 将 ArrayList 中的所有元素复制到新的数组中。
- 将新的数组设置为 ArrayList 的 backing 数组。
- 将 ArrayList 的容量更新为新的容量。

ArrayList的重要特性

ArrayList继承AbstractList类并实现List接口。
ArrayList按大小初始化。但是，如果集合增大，则大小会自动增加；如果从集合中删除对象，则大小会自动减小。
ArrayList允许我们随机访问列表。
ArrayList 不能用于原始类型，如 int、char 等。我们需要一个包装类来处理这种情况。
Java中的ArrayList可以看作C++中的向量。
ArrayList 不同步。 Java 中它的等价同步类是 Vector。

ArrayList 中方法

add(int index, Object element)：该方法用于在列表中的特定位置索引处插入特定元素。
add(Object o)：此方法用于将特定元素附加到列表末尾。
addAll(Collection c)：此方法用于将特定集合中的所有元素附加到所提到的列表的末尾，按照指定集合的迭代器返回值的顺序。
addAll(int index, Collection c)：用于将特定集合中从指定位置开始的所有元素插入到提到的列表中。
clear()：此方法用于从任何列表中删除所有元素。
clone()：该方法用于返回 Java 中 ArrayList 的浅表副本。
contains(Object o)：如果此列表包含指定元素，则返回 true。
ensureCapacity(int minCapacity)：如有必要，增加此 ArrayList 实例的容量，以确保它至少可以容纳最小容量参数指定的元素数量。
forEach(Consumer<? super E> action)：对 Iterable 的每个元素执行给定的操作，直到处理完所有元素或该操作引发异常。
get(int index)：返回此列表中指定位置的元素。
indexOf(Object o)：返回特定元素第一次出现的索引，如果该元素不在列表中，则返回 -1。
isEmpty()：如果此列表不包含任何元素，则返回 true。
lastIndexOf(Object o)：返回特定元素最后一次出现的索引，如果该元素不在列表中，则返回 -1。
listIterator()：返回此列表中元素的列表迭代器（按正确的顺序）。
listIterator(int index)：返回列表中元素的列表迭代器（按正确的顺序），从列表中的指定位置开始。
remove(int index)：删除此列表中指定位置的元素。
remove(Object o)：从此列表中删除第一次出现的指定元素（如果存在）。
removeAll(Collection c)：从此列表中删除指定集合中包含的所有元素。
removeIf(Predicate filter)：删除此集合中满足给定谓词的所有元素。
removeRange(int fromIndex, int toIndex)：从此列表中删除索引介于 fromIndex（包含）和 toIndex（不包含）之间的所有元素。
retainAll(Collection<?> c)：仅保留此列表中指定集合中包含的元素。
set(int index, E element)：将此列表中指定位置的元素替换为指定元素。
size()：返回此列表中的元素数量。
spliterator()：在此列表中的元素上创建一个后期绑定和快速失败的 Spliterator。
subList(int fromIndex, int toIndex)：返回此列表中指定的 fromIndex（包含）和 toIndex（不包含）之间的部分的视图。
toArray()：此方法用于返回一个数组，其中包含按正确顺序排列的列表中的所有元素。
toArray(Object[] o)：它还用于返回一个包含此列表中所有元素的数组，其顺序与之前的方法相同。
trimToSize()：此方法用于将 ArrayList 实例的容量修剪为列表的当前大小。

向 ArrayList 添加元素

可以使用 add() 方法向 ArrayList 添加元素。

// 这将在列表末尾添加“emanjusaka”
aList.add("emanjusaka");

// 这将在第四个位置添加“emanjusaka”
aList.add(3,"emanjusaka");

更改 ArrayList 中的元素

可以使用 set() 方法更改 ArrayList 中的元素。需要提供索引和新元素，然后此方法用新的给定元素更新给定索引处存在的元素。

package top.emanjusaka;

import java.util.ArrayList;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> aList = new ArrayList<>();
        aList.add("emanjusaka");
        aList.add("Tom");
        aList.add("Jack");
        aList.set(1, "Jerry");
        System.out.println(aList);

    }
}

输出结果：

从 ArrayList 中移除元素

可以使用 remove() 方法从 ArrayList 中移除元素。

package top.emanjusaka;

import java.util.ArrayList;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> aList = new ArrayList<>();
        aList.add("emanjusaka");
        aList.add("Tom");
        aList.add("Jack");
        System.out.println(aList);
        aList.remove("Tom");
        System.out.println(aList);
        aList.remove(1);
        System.out.println(aList);

    }
}

输出结果：

迭代 ArrayList

package top.emanjusaka;

import java.util.ArrayList;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> aList = new ArrayList<>();
        aList.add("emanjusaka");
        aList.add("Tom");
        aList.add("Jack");
        for (String s : aList) {
            System.out.println(s);
        }

    }
}

输出结果：

ArrayList 大小

可以使用ArrayList的size() 方法来查找ArrayList中的元素数量。

package top.emanjusaka;

import java.util.ArrayList;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> aList = new ArrayList<>();
        aList.add("emanjusaka");
        aList.add("Tom");
        aList.add("Jack");
        System.out.println("Number of elements in ArrayList: " + aList.size());

    }
}

输出结果：

对 ArrayList 进行排序

可以使用 Collections 实用程序类的 sort() 方法对 ArrayList 进行排序。

package top.emanjusaka;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> aList = new ArrayList<>();
        aList.add("emanjusaka");
        aList.add("Tom");
        aList.add("Jack");
        Collections.sort(aList);
        for (String s : aList) {
            System.out.println(s);
        }

    }
}

输出结果：

参考资料

jdk8 源码
https://beginnersbook.com/2013/12/java-arraylist

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浅析 ArrayList

ArrayList 中的构造函数

自动扩容

ArrayList的重要特性

ArrayList 中方法

向 ArrayList 添加元素

更改 ArrayList 中的元素

从 ArrayList 中移除元素

迭代 ArrayList

ArrayList 大小

对 ArrayList 进行排序

参考资料

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