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ArrayList详解和使用示例_动力节点Java学院整理

第1部分 ArrayList介绍

ArrayList简介

ArrayList 是一个数组队列，相当于 动态数组。与Java中的数组相比，它的容量能动态增长。它继承于AbstractList，实现了List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable这些接口。

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

ArrayList 实现了RandmoAccess接口，即提供了随机访问功能。RandmoAccess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快速获取元素对象；这就是快速随机访问。稍后，我们会比较List的“快速随机访问”和“通过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中的操作不是线程安全的！所以，建议在单线程中才使用ArrayList，而在多线程中可以选择Vector或者CopyOnWriteArrayList。 

ArrayList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<E>   iterator()
boolean    remove(Object object)
boolean    removeAll(Collection<?> collection)
boolean    retainAll(Collection<?> collection)
int     size()
<T> T[]    toArray(T[] array)
Object[]   toArray()
// AbstractCollection中定义的API
void    add(int location, E object)
boolean    addAll(int location, Collection<? extends E> collection)
E     get(int location)
int     indexOf(Object object)
int     lastIndexOf(Object object)
ListIterator<E>  listIterator(int location)
ListIterator<E>  listIterator()
E     remove(int location)
E     set(int location, E object)
List<E>    subList(int start, int end)
// ArrayList新增的API
Object    clone()
void     ensureCapacity(int minimumCapacity)
void     trimToSize()
void     removeRange(int fromIndex, int toIndex)

第2部分 ArrayList数据结构

ArrayList的继承关系

java.lang.Object
  java.util.AbstractCollection<E>
  java.util.AbstractList<E>
    java.util.ArrayList<E>
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
  implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {}

ArrayList与Collection关系如下图：

ArrayList包含了两个重要的对象：elementData 和 size。

(1) elementData 是"Object[]类型的数组"，它保存了添加到ArrayList中的元素。实际上，elementData是个动态数组，我们能通过构造函数 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ArrayList()来创建ArrayList，则elementData的容量默认是10。elementData数组的大小会根据ArrayList容量的增长而动态的增长，具体的增长方式，请参考源码分析中的ensureCapacity()函数。

(2) size 则是动态数组的实际大小。 

第3部分 ArrayList源码解析(基于JDK1.6.0_45)

为了更了解ArrayList的原理，下面对ArrayList源码代码作出分析。ArrayList是通过数组实现的，源码比较容易理解。   

package java.util;
 public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
   implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
 {
  // 序列版本号
  private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
  // 保存ArrayList中数据的数组
  private transient Object[] elementData;
  // ArrayList中实际数据的数量
  private int size;
  // ArrayList带容量大小的构造函数。
  public ArrayList(int initialCapacity) {
   super();
   if (initialCapacity < 0)
    throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
             initialCapacity);
   // 新建一个数组
   this.elementData = new Object[initialCapacity];
  }
 
  // ArrayList构造函数。默认容量是10。
  public ArrayList() {
   this();
  }
  // 创建一个包含collection的ArrayList
  public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
   elementData = c.toArray();
   size = elementData.length;
   // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
   if (elementData.getClass() != Object[].class)
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
  }
  // 将当前容量值设为 =实际元素个数
  public void trimToSize() {
   modCount++;
   int oldCapacity = elementData.length;
   if (size < oldCapacity) {
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
   }
  }
  // 确定ArrarList的容量。
  // 若ArrayList的容量不足以容纳当前的全部元素，设置 新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1”
  public void ensureCapacity(int minCapacity) {
  // 将“修改统计数”+1
   modCount++;
   int oldCapacity = elementData.length;
   // 若当前容量不足以容纳当前的元素个数，设置 新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1”
   if (minCapacity > oldCapacity) {
    Object oldData[] = elementData;
    int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;
    if (newCapacity < minCapacity)
     newCapacity = minCapacity;
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
   }
  }
  // 添加元素e
  public boolean add(E e) {
   // 确定ArrayList的容量大小
   ensureCapacity(size + ); // Increments modCount!!
   // 添加e到ArrayList中
   elementData[size++] = e;
   return true;
  }
  // 返回ArrayList的实际大小
  public int size() {
   return size;
  }
  // 返回ArrayList是否包含Object(o)
  public boolean contains(Object o) {
   return indexOf(o) >= 0;
  }
  // 返回ArrayList是否为空
  public boolean isEmpty() {
   return size == 0;
  }
  // 正向查找，返回元素的索引值
  public int indexOf(Object o) {
   if (o == null) {
    for (int i = 0; i < size; i++)
    if (elementData[i]==null)
     return i;
    } else {
     for (int i = 0; i < size; i++)
     if (o.equals(elementData[i]))
     return i;
   }
   return -1;
   }
  // 反向查找，返回元素的索引值
   public int lastIndexOf(Object o) {
   if (o == null) {
   for (int i = size-1; i >= 0; i--)
   if (elementData[i]==null)
     return i;
   } else {
   for (int i = size-1; i >= 0; i--)
   if (o.equals(elementData[i]))
    return i;
   }
   return -1;
  }
  // 反向查找(从数组末尾向开始查找)，返回元素(o)的索引值
  public int lastIndexOf(Object o) {
   if (o == null) {
    for (int i = size-1; i >= 0; i--)
    if (elementData[i]==null)
     return i;
   } else {
   for (int i = size-1; i >= 0; i--)
    if (o.equals(elementData[i]))
     return i;
   }
  return -1;
  }
  // 返回ArrayList的Object数组
  public Object[] toArray() {
   return Arrays.copyOf(elementData, size);
  }
  // 返回ArrayList的模板数组。所谓模板数组，即可以将T设为任意的数据类型
  public <T> T[] toArray(T[] a) {
   // 若数组a的大小 < ArrayList的元素个数；
   // 则新建一个T[]数组，数组大小是“ArrayList的元素个数”，并将“ArrayList”全部拷贝到新数组中
   if (a.length < size)
    return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());
   // 若数组a的大小 >= ArrayList的元素个数；
  // 则将ArrayList的全部元素都拷贝到数组a中。
   System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);
   if (a.length > size)
    a[size] = null;
   return a;
  }
  // 获取index位置的元素值
  public E get(int index) {
   RangeCheck(index);
   return (E) elementData[index];
  }
  // 设置index位置的值为element
  public E set(int index, E element) {
   RangeCheck(index);
   E oldValue = (E) elementData[index];
   elementData[index] = element;
   return oldValue;
  }
  // 将e添加到ArrayList中
  public boolean add(E e) {
   ensureCapacity(size + 1); // Increments modCount!!
   elementData[size++] = e;
   return true;
  }
  // 将e添加到ArrayList的指定位置
  public void add(int index, E element) {
   if (index > size || index < 0)
   throw new IndexOutOfBoundsException(
    "Index: "+index+", Size: "+size); 
   ensureCapacity(size+1); // Increments modCount!!
   System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
    size - index);
   elementData[index] = element;
   size++;
  }
  // 删除ArrayList指定位置的元素
  public E remove(int index) {
   RangeCheck(index);
   modCount++;
   E oldValue = (E) elementData[index]; 
  int numMoved = size - index - 1;
  if (numMoved > 0)
    System.arraycopy(elementData, index+, elementData, index,
     numMoved);
   elementData[--size] = null; // Let gc do its work
   return oldValue;
  }
  // 删除ArrayList的指定元素
  public boolean remove(Object o) {
   if (o == null) {
     for (int index = 0; index < size; index++)
    if (elementData[index] == null) {
     fastRemove(index);
     return true;
    }
   } else {
    for (int index = 0; index < size; index++)
    if (o.equals(elementData[index])) {
     fastRemove(index);
     return true;
    }
   }
   return false;
  }
  // 快速删除第index个元素
  private void fastRemove(int index) {
   modCount++;
  int numMoved = size - index - 1;
   // 从"index+1"开始，用后面的元素替换前面的元素。
   if (numMoved > 0)
    System.arraycopy(elementData, index+, elementData, index,
        numMoved);
   // 将最后一个元素设为null
   elementData[--size] = null; // Let gc do its work
  }
  // 删除元素
  public boolean remove(Object o) {
   if (o == null) {
   for (int index = 0; index < size; index++)
    if (elementData[index] == null) {
     fastRemove(index);
    return true;
    }
   } else {
    // 便利ArrayList，找到“元素o”，则删除，并返回true。
    for (int index = 0; index < size; index++)
    if (o.equals(elementData[index])) {
     fastRemove(index);
    return true;
    }
   }
   return false;
  }
  // 清空ArrayList，将全部的元素设为null
  public void clear() {
   modCount++;
   for (int i = ; i < size; i++)
    elementData[i] = null;
 
  size = 0;
  }
  // 将集合c追加到ArrayList中
  public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
   Object[] a = c.toArray();
   int numNew = a.length;
   ensureCapacity(size + numNew); // Increments modCount
   System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
  size += numNew;
   return numNew != 0;
  }
  // 从index位置开始，将集合c添加到ArrayList
 public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
  if (index > size || index < 0)
    throw new IndexOutOfBoundsException(
    "Index: " + index + ", Size: " + size);
   Object[] a = c.toArray();
   int numNew = a.length;
   ensureCapacity(size + numNew); // Increments modCount
   int numMoved = size - index;
   if (numMoved > 0)
    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,
     numMoved);
  System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
   size += numNew;
   return numNew != 0;
  }
  // 删除fromIndex到toIndex之间的全部元素。
  protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {
  modCount++;
  int numMoved = size - toIndex;
   System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex,
       numMoved);
  // Let gc do its work
  int newSize = size - (toIndex-fromIndex);
  while (size != newSize)
   elementData[--size] = null;
  }
  private void RangeCheck(int index) {
  if (index >= size)
   throw new IndexOutOfBoundsException(
   "Index: "+index+", Size: "+size);
  }
  // 克隆函数
  public Object clone() {
   try {
    ArrayList<E> v = (ArrayList<E>) super.clone();
    // 将当前ArrayList的全部元素拷贝到v中
    v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
    v.modCount = 0;
    return v;
   } catch (CloneNotSupportedException e) {
    // this shouldn't happen, since we are Cloneable
    throw new InternalError();
   }
  }
  // java.io.Serializable的写入函数
  // 将ArrayList的“容量，所有的元素值”都写入到输出流中
  private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
   throws java.io.IOException{
  // Write out element count, and any hidden stuff
  int expectedModCount = modCount;
  s.defaultWriteObject();
   // 写入“数组的容量”
   s.writeInt(elementData.length);
  // 写入“数组的每一个元素”
  for (int i=0; i<size; i++)
    s.writeObject(elementData[i]);
  if (modCount != expectedModCount) {
    throw new ConcurrentModificationException();
   }
  }
  // java.io.Serializable的读取函数：根据写入方式读出
  // 先将ArrayList的“容量”读出，然后将“所有的元素值”读出
  private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
   throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
   // Read in size, and any hidden stuff
   s.defaultReadObject();
   // 从输入流中读取ArrayList的“容量”
   int arrayLength = s.readInt();
   Object[] a = elementData = new Object[arrayLength];
   // 从输入流中将“所有的元素值”读出
  for (int i=0; i<size; i++)
    a[i] = s.readObject();
  }
 }

总结：

(01) ArrayList 实际上是通过一个数组去保存数据的。当我们构造ArrayList时；若使用默认构造函数，则ArrayList的默认容量大小是10。

(02) 当ArrayList容量不足以容纳全部元素时，ArrayList会重新设置容量：新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1”。

(03) ArrayList的克隆函数，即是将全部元素克隆到一个数组中。

(04) ArrayList实现java.io.Serializable的方式。当写入到输出流时，先写入“容量”，再依次写入“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”。

第4部分 ArrayList遍历方式

ArrayList支持3种遍历方式

(01) 第一种，通过迭代器遍历。即通过Iterator去遍历。

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

(02) 第二种，随机访问，通过索引值去遍历。

由于ArrayList实现了RandomAccess接口，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<size; i++) {
 value = (Integer)list.get(i);  
}

(03) 第三种，for循环遍历。如下：

Integer value = null;
for (Integer integ:list) {
 value = integ;
}

由此可见，遍历ArrayList时，使用随机访问(即，通过索引序号访问)效率最高，而使用迭代器的效率最低！

第5部分 toArray()异常

当我们调用ArrayList中的 toArray()，可能遇到过抛出“java.lang.ClassCastException”异常的情况。下面我们说说这是怎么回事。

ArrayList提供了2个toArray()函数：

Object[] toArray()
<T> T[] toArray(T[] contents)

调用 toArray() 函数会抛出“java.lang.ClassCastException”异常，但是调用 toArray(T[] contents) 能正常返回 T[]。
toArray() 会抛出异常是因为 toArray() 返回的是 Object[] 数组，将 Object[] 转换为其它类型(如如，将Object[]转换为的Integer[])则会抛出“java.lang.ClassCastException”异常，因为Java不支持向下转型。具体的可以参考前面ArrayList.java的源码介绍部分的toArray()。

解决该问题的办法是调用 <T> T[] toArray(T[] contents) ， 而不是 Object[] toArray()。

调用 toArray(T[] contents) 返回T[]的可以通过以下几种方式实现。

// toArray(T[] contents)调用方式一
public static Integer[] vectorToArray1(ArrayList<Integer> v) {
 Integer[] newText = new Integer[v.size()];
 v.toArray(newText);
 return newText;
}
// toArray(T[] contents)调用方式二。最常用！
public static Integer[] vectorToArray2(ArrayList<Integer> v) {
 Integer[] newText = (Integer[])v.toArray(new Integer[0]);
 return newText;
}
// toArray(T[] contents)调用方式三
public static Integer[] vectorToArray3(ArrayList<Integer> v) {
 Integer[] newText = new Integer[v.size()];
 Integer[] newStrings = (Integer[])v.toArray(newText);
 return newStrings;
}

第6部分 ArrayList示例

本文通过一个实例(ArrayListTest.java)，介绍 ArrayList 中常用API的用法。   

 import java.util.*;
 /*
 * @desc ArrayList常用API的测试程序
 * 
 * 
 */
 public class ArrayListTest {
  public static void main(String[] args) {
   
  // 创建ArrayList
   ArrayList list = new ArrayList();
   // 将“”
   list.add("1");
   list.add("2");
   list.add("3");
  list.add("4");
   // 将下面的元素添加到第1个位置   list.add(0, "5"); 
  // 获取第1个元素
   System.out.println("the first element is: "+ list.get(0));
   // 删除“3”
   list.remove("3");
  // 获取ArrayList的大小
   System.out.println("Arraylist size=: "+ list.size());
   // 判断list中是否包含"3"
  System.out.println("ArrayList contains 3 is: "+ list.contains(3));
  // 设置第2个元素为10
  list.set(1, "10");
   // 通过Iterator遍历ArrayList
   for(Iterator iter = list.iterator(); iter.hasNext(); ) {
    System.out.println("next is: "+ iter.next());
   }
   // 将ArrayList转换为数组
   String[] arr = (String[])list.toArray(new String[]);
   for (String str:arr)
    System.out.println("str: "+ str);
   // 清空ArrayList
   list.clear();
   // 判断ArrayList是否为空
   System.out.println("ArrayList is empty: "+ list.isEmpty());
  }
 }

运行结果：

the first element is: 5
Arraylist size=: 4
ArrayList contains 3 is: false
next is: 5
next is: 10
next is: 2
next is: 4
str: 5
str: 10
str: 2
str: 4
ArrayList is empty: true

以上所述是小编给大家介绍的ArrayList详解和使用示例_动力节点Java学院整理，希望对大家有所帮助，如果大家有任何疑问请给我留言，小编会及时回复大家的。在此也非常感谢大家对呐喊教程网站的支持！

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