【成都校區*精品*Java中ArrayList源碼解析】

Java中ArrayList源碼解析

前言

集合是Java開發人員必不可少的一個工具，而ArrayList是Java集合中的最為常用的一種，瞭解其底層原理能讓

我們更好的去使用它。本文將通過對於ArrayList類中源代碼的分析來逐步揭開其底層原理的神秘面紗 。

1. ArrayList的本質

我們從ArrayList類源碼中找到一個非常重要的成員變量：

transient Object[] elementData;

elementData翻譯過來可以理解為：元素數據，其實這個Object類型的數組就是最終ArrayList存放數據的容

器，由此可知，其實ArrayList的底層就是一個Object數組，而我們對集合元素的操作，本質上就是操作的這

個數組。

眾所周知，集合其實本質上就是一個容器，而ArrayList其實就是眾多容器的一種，其實數組也是一種容器，

為什麼程序員會更偏愛集合呢，最重要的原因就是：集合的長度是可以隨著元素的增刪而產生變化的，而數

組的長度一旦數組初始化完畢就已經固定了。我們來看一段代碼：

public class Test {
 public static void main(String[] args) {
 ArrayList<string> list = new ArrayList<>();
 list.add("a");
 list.add("b");
 list.add("c");
 list.add("d");
 // 當集合添加四個元素後，集合的長度就是4
 System.out.println("集合的長度為：" + list.size()); // 集合的長度為：4
 // 當集合再次添加一個元素，集合的長度就已經變成了5
 list.add("e");
 System.out.println("集合的長度為：" + list.size()); // 集合的長度為：5
 System.out.println("=================");
 // 對於數組來說，一旦初始化完畢，數組的長度就已經固定了，不會隨著元素的賦值而改變
 String[] strs = new String[5];
 strs[0] = "a";
 strs[1] = "b";
 strs[2] = "c";
 strs[3] = "d";
 System.out.println("數組的長度為："+strs.length); // 數組的長度為：5
 strs[4] = "e";
 System.out.println("數組的長度為："+strs.length); // 數組的長度為：5
 }
}
/<string>

以上代碼已經說明了使用集合的優點，長度可以動態的變化，免去了我們很多的煩惱。那麼現在問題來了，我們已經說過了，數組的長度是固定的，而ArrayList集合的底層是數組，長度卻是可以變化的，那麼這不是自相矛盾嗎？接下來我們通過集合"增刪改查"四個功能的源碼分析來揭曉答案。

2. ArrayList源碼解析之添加功能

2.1 添加功能源碼

我們都知道，元素添加的功能是add方法，話不多說，直接上源碼（我已經添加了中文註釋幫助閱讀）：

public boolean add(E e) {
 // modCount是用於統計元素修改次數的變量，最終會用於檢測併發修改異常，可參見我的另一篇文章：Java併發修改異常的源碼解析
 modCount++; 
 // 添加元素的方法
 add(e, elementData, size); 
 // 由於ArrayList允許添加重複元素，所以元素必定添加成功，返回值恆為true
 return true; 
 }
 
 private void add(E e, Object[] elementData, int s) {
 // s為集合元素的個數，elementData.length為數組的長度，如果元素的個數已經等於集合的長度，那麼數組就需要擴容了
 if (s == elementData.length) 
 // grow為擴容的方法，返回一個擴容後的新數組
 elementData = grow(); 
 // 將新添加進來的元素賦值給數組的對應位置。（size-1為最後一個元素的位置，那麼size就是第一個空的位置）
 elementData = e; 
 // 添加完一個元素後，長度+1 

 size = s + 1; 
 }
 
 private Object[] grow(int minCapacity) {
 return elementData = Arrays.copyOf(elementData,newCapacity(minCapacity)); // copyOf是一個數組複製的方法，會將已有的元素都複製到一個更大的數組中，並返回新數組。
 }
 
 private int newCapacity(int minCapacity) {
 // overflow-conscious code
 int oldCapacity = elementData.length;
 int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // newCapacity是新數組的容量，等於舊數組容量的1.5倍
 if (newCapacity - minCapacity <= 0) {
 if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
 return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
 if (minCapacity < 0) // overflow
 throw new OutOfMemoryError();
 return minCapacity;
 }
 return (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE <= 0)
 ? newCapacity
 : hugeCapacity(minCapacity);
 }

2.2 添加功能源碼分析

1. 第一個add方法中的第二行調用了第二個add方法，傳遞了三個參數，e表示要添加到集合中的元

素，elementData則是存儲元素的數組，size是集合元素的個數

2. 第二個add方法中，進行了一個集合容量的判斷：如果元素的個數已經等於集合的長度，那麼數組

就需要擴容了，擴容調用的是grow方法。

3. grow方法中返回了一個新的數組，由newCapacity方法中的代碼——int newCapacity =

oldCapacity + (oldCapacity >> 1)——可知，新數組的容量，等於舊數組容量的1.5倍。並將舊數組

的長度複製到的新數組中。

4. 擴容完畢後，回到第二個add方法中完成新元素的添加，並讓記錄元素個數的變量size值+1

以下是添加功能流程圖：

2.3 添加功能總結

到目前為止我們已經分析完了ArrayList添加元素的源代碼，我們可以發現，原來ArrayList集合底層存儲元素

的數組和我們使用的數組相比並沒有長度可變的"特異功能"，實際是通過創建新數組擴容來達到使得集合長度

動態變化的目的，並且通過size值的變化來記錄元素個數。

接下來要分析的刪除方法相信你心中也有底了。

3. ArrayList源碼解析之刪除功能

3.1 刪除功能源碼

刪除功能我們分析remove功能，上源碼：

public boolean remove(Object o) {
 // 如果要刪除的元素值為null，則遍歷數組查找null第一次出現的位置
 if (o == null) {
 for (int index = 0; index < size; index++)
 if (elementData[index] == null) {
 // 調用方法刪除這個數據
 fastRemove(index);
 return true;
 }
 } else {
 // 如果要刪除的元素不為null，則遍歷數組查找元素第一次出現的位置，並將元素刪除 

 for (int index = 0; index < size; index++)
 if (o.equals(elementData[index])) {
 fastRemove(index);
 return true;
 }
 }
 // 如果沒有找到需要被刪除的元素，則返回false，表示刪除失敗。
 return false; 
 }
 
 // 快速刪除對應索引位置的元素 
 private void fastRemove(int index) {
 modCount++;
 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
 }

3.2 刪除功能源碼分析

1. remove方法中先對元素進行了為null的判斷，這樣做的好處是避免傳遞進來null造成元素內容比較時的空指針異常。

2. 無論是否為null，進行的操作都比較類似：先遍歷所有元素，查找要刪除的元素第一次出現的索引位置，如果找到了，則調用方法快速刪除，並返回true表示刪除成功

3. fastRemove方法中，對元素的刪除，本質上就是把要刪除元素位置後的所有元素往前移動一位，將要被刪除的元素覆蓋掉

4. 如果遍歷結束後還沒找到要刪除的元素，則表示要刪除的元素在集合中不存在，所以在remove方法的最後返回false，表示刪除失敗。

以下是刪除功能流程圖：

3.3 刪除功能總結

刪除功能源碼已經分析完了，ArrayList的刪除分為兩步：1. 找到被刪除的元素。2. 把要刪除元素用後續的元素覆蓋掉。當然，如果要刪除的元素是最後一個元素，則會把最後一個元素值設置為null，達到刪除元素的效果。

接下來要分析的修改和獲取功能就非常簡單了。

4. ArrayList源碼解析之修改功能和獲取功能

4.1 修改功能源碼

修改功能方法名為set，接收一個被修改元素的索引和新的元素，上源碼：

public E set(int index, E element) {
 // 檢查是否索引越界，如果越界，則拋出異常
 Objects.checkIndex(index, size);
 // 先把被修改的元素用一個變量存儲起來
 E oldValue = elementData(index);
 // 將新的值賦值給被修改元素的位置
 elementData[index] = element;
 // 返回被修改的元素
 return oldValue;
 }

4.2 修改功能源碼分析

1. 由於修改元素需要指定被修改元素的索引位置，所以第一步先用checkIndex方法檢查索引是否超出正常索引範圍。

2. 把要被修改的元素先用一個變量存儲起來，以便於最後返回。

3. 修改元素就是把對應位置元素賦值為新的值

4. 最後返回被修改的值。

4.3 獲取功能源碼

獲取集合元素的功能為get，需要傳遞一個索引值，返回對應索引位置的元素，源碼如下：

public E get(int index) {
 // 檢查index是否索引越界
 Objects.checkIndex(index, size);
 // 返回index所在的元素值
 return elementData(index);
 }

4.5 獲取功能源碼分析

1. 先檢查要獲取元素的索引是否越界，如果越界則會拋出索引越界異常

2. 將數組中對應索引位置的元素返回

4.6 獲取和修改功能總結

由於ArrayList是用一個數組來存儲元素的，所以獲取功能和修改功能都非常簡單。而在源碼中，這兩個功能第一步都對索引值進行了正確性判斷，這提醒我們以後的開發中需要更全面的考慮各種情況，保證代碼的健壯性。

5. 總結

那麼到目前為止，我們已經通過對ArrayList最主要的"增刪查改"四個功能源碼的分析，完成了本文對於ArrayList的介紹。我們可以做出以下總結：

數組本身是不可變的，ArrayList通過新數組的創建等操作，巧妙的完成了容器長度的變化。一些常見的異常，比如空指針異常和索引越界異常，ArrayList的功能都進行了比較全面的健壯性判斷，值得我們學習。

以上就是本文的全部內容，謝謝觀看。

閱讀更多 黑馬程序員成都中心 的文章

關鍵字: Java 底層 編程語言