ArrayList詳解

總體介紹

ArrayList實現了List接口，是順序容器，即元素存放的數據與放進去的順序相同，允許放入null元素，底層通過數組實現。除該類未實現同步外，其余跟Vector大致相同。每個ArrayList都有一個容量（capacity），表示底層數組的實際大小，容器內存儲元素的個數不能多於當前容量。當向容器中添加元素時，如果容量不足，容器會自動增大底層數組的大小。Java泛型是編譯器提供的語法糖，所以這里的數組是一個Object數組，以便能夠容納任何類型的對象。

size(), isEmpty(), get(), set()方法均能在常數時間內完成，add()方法的時間開銷跟插入位置有關，addAll()方法的時間開銷跟添加元素的個數成正比。其余方法大都是線性時間。

為追求效率，ArrayList沒有實現同步（synchronized），如果需要多個線程並發訪問，用戶可以手動同步，也可使用Vector替代。

方法剖析

set()

既然底層是一個數組ArrayList的set()方法也就變得非常簡單，直接對數組的指定位置賦值即可。

public E set(int index, E element) {
    rangeCheck(index);//下標越界檢查
    E oldValue = elementData(index);
    elementData[index] = element;//賦值到指定位置，復制的僅僅是引用
    return oldValue;
}

get()

get()方法同樣很簡單，唯一要注意的是由於底層數組是Object[]，得到元素后需要進行類型轉換。

public E get(int index) {
    rangeCheck(index);
    return (E) elementData[index];//注意類型轉換
}

add()

對應的方法是add(E e)和add(int index, E e)。這兩個方法都是向容器中添加新元素，這可能會導致capacity不足，因此在添加元素之前，都需要進行剩余空間檢查，如果需要則自動擴容。擴容操作最終是通過grow()方法完成的。

private void grow(int minCapacity) {
    int oldCapacity = elementData.length;
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);//原來的3倍
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);//擴展空間並復制
}

由於Java GC自動管理了內存，這里也就不需要考慮源數組釋放的問題。

空間的問題解決后，插入過程就顯得非常簡單。

add(int index, E e)需要先對元素進行移動，然后完成插入操作，也就意味着該方法有着線性的時間復雜度。

addAll()

addAll()方法能夠一次添加多個元素，根據位置不同也有兩個把本，一個是在末尾添加的addAll(Collection<? extends E> c)方法，一個是從指定位置開始插入的addAll(int index, Collection<? extends E> c)方法。跟add()方法類似，在插入之前也需要進行空間檢查，如果需要則自動擴容；如果從指定位置插入，也會存在移動元素的情況。
addAll()的時間復雜度不僅跟插入元素的多少有關，也跟插入的位置相關。

remove()

remove()方法也有兩個版本，一個是remove(int index)刪除指定位置的元素，另一個是remove(Object o)刪除第一個滿足o.equals(elementData[index])的元素。刪除操作是add()操作的逆過程，需要將刪除點之后的元素向前移動一個位置。需要注意的是為了讓GC起作用，必須顯式的為最后一個位置賦null值。