java集合框架03——ArrayList和源码分析

上一章学习了Collection的架构，并阅读了部分源码，这一章开始，我们将对Collection的具体实现进行详细学习。首先学习List。而ArrayList又是List中最为常用的，因此本章先学习ArrayList。先对ArrayList有个整体的认识，然后学习它的源码，深入剖析ArrayList。

1. ArrayList简介

首先看看ArrayList与Collection的关系：

ArrayList的继承关系如下：

java.lang.Object
        java.util.AbstractCollection

ArrayList继承了AbstractList，实现了List。它是一个数组队列，相当于动态数组。提供了相关的添加、删除、修改和遍历等功能。

ArrayList实现了RandomAccess接口，即提供了随机访问功能。RandomAccess是java中用来被List实现，为List提供快速访问功能的。在ArrayList中，我们即可以通过元素的序号来快速获取元素对象，这就是快速随机访问。下文会比较List的“快速随机访问”和使用“Iterator迭代器访问”的效率。

ArrayList实现了Cloneable接口，即覆盖了函数clone，能被克隆。

ArrayList实现了java.io.Serializable接口，这意味着ArrayList支持序列化，能通过序列化去传输。

和Vector不同，ArrayList中的操作是非线程安全的。所以建议在单线程中使用ArrayList，在多线程中选择Vector或者CopyOnWriteArrayList。

我们先总览下ArrayList的构造函数和API

/****************** ArrayList中的构造函数 ***************/
// 默认构造函数
ArrayList

// capacity是ArrayList的默认容量大小。当由于增加数据导致容量不足时，容量会添加上一次容量大小的一半。
ArrayList(int capacity)

// 创建一个包含collection的ArrayList
ArrayList(Collection extends E> collection)

/****************** ArrayList中的API ********************/
// Collection中定义的API
boolean add(E object)
boolean addAll(Collection extends E> collection)
void clear
boolean contains(Object object)
boolean containsAll(Collection> collection)
boolean equals(Object object)
int hashCode
boolean isEmpty
Iterator

ArrayList包含了两个重要的对象：elementData和size。

elementData是Object类型的数组，它保存了添加到ArrayList中的元素。实际上，elementData是一个动态数组，我们能通过ArrayList(int initialCapacity)来执行它的初始容量为initialCapacity。如果通过不含参数的构造函数来创建ArrayList，则elementData是一个空数组（后面会调整其大小）。elementData数组的大小会根据ArrayList容量的增长而动态的增长，具体见下面的源码。

size则是动态数组实际的大小。

2. ArrayList源码分析(基于JDK1.7)

下面通过分析ArrayList的源码更加深入的了解ArrayList原理。由于ArrayList是通过数组实现的，所以源码比较容易理解：

package java.util;

public class ArrayList

总结一下：

1）. ArrayList实际上是通过一个数组去保存数据的，当我们构造ArrayList时，如果使用默认构造函数，最后ArrayList的默认容量大小是10。

2）. 当ArrayList容量不足以容纳全部元素时，ArrayList会自动扩张容量，新的容量 = 原始容量 + 原始容量 / 2。

3）. ArrayList的克隆函数，即是将全部元素克隆到一个数组中。

4. ArrayList实现java.io.Serializable的方式。当写入到输出流时，先写入“容量”，再依次写出“每一个元素”；当读出输入流时，先读取“容量”，再依次读取“每一个元素”。

3. ArrayList遍历方式

ArrayList支持三种遍历方式，下面我们逐个讨论：

1）. 通过迭代器遍历。即Iterator迭代器。

Integer value = null;
Iterator it = list.iterator;
while (it.hasNext) {
    value = (Integer)it.next;
}

2）. 随机访问，通过索引值去遍历。由于ArrayList实现了RandomAccess接口，所以它支持通过索引值去随机访问元素。

Integer value = null;
int size = list.size;
for (int i = 0; i    3）. 通过for循环遍历。

Integer value = null;
for (Integer integ : list) {
    value = integ;
}
下面写了一个测试用例，比较这三种遍历方式的效率：
import java.util.*;

/*
 * @description ArrayList三种遍历方式效率的测试
 * @author eson_15
 */
public class ArrayListRandomAccessTest {

    public static void main(String[] args) {
        List
每次执行的结果会有一点点区别，在这里我统计了6次执行结果，见下表：
RandomAccess(ms)
Iterator(ms)
For(ms)
第一次
第二次
第三次
第四次
第五次
第六次
4.8
7.5
7.1
由此可见，遍历ArrayList时，使用随机访问（即通过索引号访问）效率最高，而使用迭代器的效率最低。
4. toArray异常问题
当我们调用ArrayList中的toArray方法时，可能会遇到"java.lang.ClassCastException"异常的情况，下面来讨论下出现的原因：
ArrayList中提供了2个toArray方法：
 T toArray(T[] contents)，而不是Object toArray。

调用
// toArray(T[] contents)调用方式一
public static Integer vectorToArray1(ArrayList
三种方式都大同小异。
ArrayList源码就讨论这么多，如有错误，欢迎留言指正~
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