Java08-1：List相关实现类源码解析

2021-03-14

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ArrayList 源码解析
LinkedList 源码解析

ArrayList 源码解析

底层容器

ArrayList底层就是一个长度可以动态增长的Object数组，如下elementData。

其中实现的接口中RandomAccess、Cloneable中都没有实现方法，更多的作为一种标识进行判断

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
    private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;

    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;	// 默认初始容量

    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};	// 空数组（用于空实例）

    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};	// 默认空数组

    transient Object[] elementData; // 保存ArrayList数据的数组

    private int size;	// ArrayList 所包含的元素个数
}

JDK1.7前，使用无参数构造方法创建ArrayList对象时，默认底层数组长度是10。类似于单例的饿汉式

JDK1.8后，使用无参数构造方法创建ArrayList对象时，默认底层数组长度是0，如下即指向了DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA。而当对数组进行添加元素操作后，才将数组扩容（第一次添加扩容为10），类似于单例的懒汉式

// 初始化时没有传入数据，默认将elementData构造为一个空数组
public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

ArrayList中提供了一个内部类Itr，实现了Iterator接口，实现对集合元素的遍历

public Iterator<E> iterator() {
    return new Itr();
}
private class Itr implements Iterator<E> { }

初始化

主要有三种初始化办法：无参初始化、指定初始化数组大小初始化、指定初始数据初始化

private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

// 无参数初始化，数组大小为空
public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

// 指定初始数据初始化
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
    // elementData 是保存数组的容器，默认为 null
    elementData = c.toArray();
    // 如果给定的集合（c）数据有值
    if ((size = elementData.length) != 0) {
        // 如果集合元素类型不是 Object 类型，我们会转成 Object
        if (elementData.getClass() != Object[].class) {
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
        }
    } else {
        // 给定集合（c）无值，则默认空数组
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
}

需要注意，JDK 1.8之后：ArrayList 无参构造器初始化时，默认大小是空数组，当第一次add后才扩容为10

新增与扩容

新增

public boolean add(E e) {
      // 确保数组大小足够，不够执行扩容，size 为当前数组的大小
      ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
      // 直接赋值(线程不安全)
      elementData[size++] = e;
      return true;
}

扩容

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
  	//如果初始化数组大小时，有给定初始值，以给定的大小为准，不走 if 逻辑
	if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
		minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }
    // 确保容积足够
    ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    // 修改记录数组
    modCount++;
    // 如果我们期望的最小容量大于目前数组的长度，那么就扩容
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        grow(minCapacity);
}

// 扩容(把现有数据拷贝到新的数组)
private void grow(int minCapacity) {
    int oldCapacity = elementData.length;
    // oldCapacity >> 1 是把 oldCapacity 除以 2 的意思
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);

    // 如果扩容后的值 < 我们的期望值，扩容后的值就等于我们的期望值
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;

    // 如果扩容后的值 > jvm 所能分配的数组的最大值，那么就用 Integer 的最大值
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);

    // 通过复制进行扩容
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

注意：

扩容的规则并不是翻倍，而是扩为之前容量的1.5倍
ArrayList 中的数组的最大值是 Integer.MAX_VALUE，超过这个值，JVM 就不会给数组分配内存空间了
新增时，并没有对值进行严格的校验，所以 ArrayList 是允许 null 值的
扩容的底层是通过 Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); 实现的

LinkedList 源码解析

LinkedList实现了Deque接口，所以除了可以作为线性表来使用外，还可以当做队列和栈来使用

public class LinkedList<E>
    extends AbstractSequentialList<E>
    implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
    transient int size = 0;

    transient Node<E> first;

    transient Node<E> last;

    public LinkedList() {
    }
}

利用静态内部类Node，表示双向链表的节点，如下：

private static class Node<E> {
    E item;
    Node<E> next;
    Node<E> prev;

    Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
        this.item = element;
        this.next = next;
        this.prev = prev;
    }
}

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