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Java专栏：以动画的方式带你深入理解Java源码ArrayList！！！

Java学习之道

共 1788字，需浏览 4分钟

 ·

2022-03-01 02:55

大家好，我是老黑[1]。

今天我们来研究研究Java集合ArrayList的源码，废话不多说，开搞。

先抛出几个问题：

  • 你是否知道ArrayList的存储原理？
  • 你是否知道ArrayList的扩容原理？
  • 你知道ArrayList什么时候扩容吗？
  • 你知道ArrayList是线程安全的吗？
  • 你知道ArrayList与LinkedList的区别吗？

(答案与ArrayList生命周期动画放在文末～)

再预览一下本文大纲：

ArrayList概述

ArrayList是Java语言中最常见的集合工具类之一，它继承AbstractList，实现了以下接口：

  • List（列表）

  • RandomAccess（顺序访问）

  • Cloneable（可克隆）

  • Serializable（可序列化）


从它的继承与实现来看，ArrayList是一个可克隆，可序列化，可顺序访问的列表。


ArrayList的存储原理

在ArrayList中，内部拥有4个属性：

ArrayList继承关系与属性

从上图发现，ArrayList的实现原理内部其实是一个对象数组：Object[]，然后还有一个属性size用来表示链表的实际长度。

源码分析

增

add(E object)

add(E object)

add(int index, E object)

add(int index, E object)

请问：这个方法是线程安全的吗？

我们再看一个动画演示：

所以，add(int index, E object)不是线程安全的。

删

remove(int index)

remove(int index)

remove(Object o)

remove(Object o)

改

set(int index, E object)

set(int index, E object)

修改与删除不同，修改没有类似CAS（比较并且交换）的API。

在这里多提一嘴，我们要知道，一个列表存放的到底是什么？

没错，存放的是对象的地址，而不是真正的对象，下面再来看一下动画演示如何修改的：

查

查询比较简单，直接根据下标获取数据即可。

get(int index)

迭代器

ArrayList.Itr迭代器

ArrayList的内部类Itr迭代器

迭代器的这些方法其实都是我们经常会使用到的，hasNext、next、remove等等。

Itr的next方法
Itr的remove方法

小结：

  1. 使用迭代器后，在迭代器外部最好是不要操作列表，否则在后续使用这个迭代器时很有可能将抛出异常；
  2. 使用next之前一般都会使用hasNext进行判断；
  3. 使用remove之前必须使用next方法；
  4. 使用remove方法后迭代器内部的expectedModCount会同步更新，所以在迭代器内部remove是允许的；
  5. remove方法不允许连续使用两次，因为在第一次使用后lastRet就会置为-1，下次remove时判断lastRet<0则抛出IllegalStateException。

ArrayList.ListItr迭代器

ListItr是继承了Itr的，所以Itr的所有功能在ListItr都有。

ListItr与Itr的区别是：

  • Itr只能从前往后迭代，并且是不允许查找上一个数据；

  • 而ListItr则允许从前往后和从后往前两种迭代方向，同时也允许查找上一个数据，并且也允许从中间某一个位置开始遍历。

遍历方式

准备

List list = new ArrayList();
list.add("1");
list.add(2);
list.add("3");
list.add(4);
for循环
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
    Object obj = list.get(i);
    System.out.println(obj);
 
    // remove
    // 不推荐，原因：内部会进行数组块移动，性能低
    // list.remove(obj);
}
增强for循环：foreach
// foreach遍历的本质是迭代器遍历
for (Object obj : list) {
    System.out.println(obj);
 
    // remove
    // 反对，原因：如果在里面remove元素的话，会抛ConcurrentModificationException异常
    // list.remove(obj);
}
老黑在这里额外提一嘴，foreach遍历的本质是迭代器遍历，所以，在迭代器遍历的时候，使用list.remove方法，会修改list内部的modCount，而迭代器内部的expectedModCount并没有改变，所以在下一次迭代的时候，迭代器内部检查将会抛出ConcurrentModificationException异常。
迭代器遍历(推荐)
Iterator iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    Object obj = iterator.next();
    System.out.println(obj);
 
    // remove
    // 推荐，不管是遍历还是remove都推荐
    iterator.remove();
}
lambda表达式遍历
list.forEach(item -> {
    System.out.println(item);
 
    // 遍历的话，推荐
    // remove的话，不推荐，remove会抛
    // ConcurrentModificationException异常
});
Stream遍历
list.stream().forEach(item -> {
    System.out.println(item);
 
    // 遍历的话，推荐
    // remove的话，不管是串行流还是并行流都不推荐，remove会抛ConcurrentModificationException异常。
});

对于Stream，后面我们单独出一篇文章来了解它的原理。

对于线程安全问题，我们的解决方案可以有：
  • 使用api之前获取锁，如synchronized、Lock等；
  • 使用Collections.synchronizedList()；

List的生命周期 
今天我们讲解暂且告一段落了，感谢大家的阅读。
下一篇我们就来研究LinkedList的原理实现。


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