Debug ArrayList 源码

发布于: 2020 年 07 月 18 日
Debug ArrayList源码

1,ArrayList面试必问

  • 说说ArrayList和LinkedList的区别?

  • ArrayList默认初始容量为多少?按照几倍来扩容?

  • 说说数组扩容的原理?

  • 说说ArrayList常见方法的时间复杂度?

  • ArrayList和vector的区别

2,Debug ArrayList源码

由于1.7和1.8几乎没什么变化,本文以jdk1.8为例。

2.1 用Debug分析一个元素是如何add进ArrayList

编写测试用例,打上断点:

先分析构造函数如何初始化,关键步骤如下:

elementData是ArraList底层数组的实现,(ps:hashMap数组使用table命名)

DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA表示默认的空数组,也就是说ArrayList在构造函数初始化时并不会进行底层数组的初始化。

给元素的添加打上断点,分析过程:

进入add方法内部:

public boolean add(E e) {

//确保内部容量,在元素添加进来前可能要进行扩容操作,size初始化为0,表示集合的长度

      ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!

      //添加元素,size自增

      elementData[size++] = e;

      return true;

  }

进入ensureCapacityInternal方法内部:此时elementData为空,size+1=minCapacity=1

ensureExplicitCapacity:确保明确的能力

计算容量,calculateCapacity方法:

private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {

//判断数组是否为空,若为空,返回默认容量和最小容量的最大值,若不为空,返回最小容量

  if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {

      return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);

  }

  return minCapacity;

}

DEFAULT_CAPACITY默认容量为10:

继续分析,进入:

ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));此时参数为10,也就是ArrayList的默认容量

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {

  modCount++;   //集合的修改次数

  //如果最小容量减去数组长度大于0,进行扩容,此时最小容量为10,数组长度为0

  if (minCapacity - elementData.length > 0)

      grow(minCapacity);

}

核心扩容函数grow:(ps:HashMap中扩容函数为resize)

private void grow(int minCapacity) {

  //oldCapacity:旧数组容量

  int oldCapacity = elementData.length;

 

  //新容量等于旧容量加上旧容量的一半,>>1相当于除以2(ArrayList扩容是1.5倍)

  int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);

   

  //新容量小于最小容量,则赋值为最小容量,此时newCapacity等于0,minCapacity为10

  if (newCapacity - minCapacity < 0)

      newCapacity = minCapacity;

       

  //MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8

  if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)

      newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);

  //赋值给新数组

  elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);

}

数组复制Arrays.copyOf:

2.2 用Debug分析如何通过数组下标获取ArrayList元素

打上断点,debug:

首先进行范围检查,而后返回元素

2.3 用Debug分析如何通过数组下标删除一个元素

打上断点:

进入remove方法内部,

public E remove(int index) {

//下标范围检查

      rangeCheck(index);

//修改次数自增

      modCount++;

      //保留当前删除元素的值,稍后返回

      E oldValue = elementData(index);

//需要移动元素的个数

      int numMoved = size - index - 1;

      if (numMoved > 0)

      //底层使用native方法,debug进不去。native方法:java调用其他语言的接口

          System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,

                            numMoved);

      //最后一位置空                    

      elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work

//返回删除元素的值

      return oldValue;

  }

2.4 用Debug分析如何通过对象删除一个元素

进入remove方法:

public boolean remove(Object o) {

//如果对象为空,则遍历ArrayList集合

      if (o == null) {

          for (int index = 0; index < size; index++)

              if (elementData[index] == null) {

                  fastRemove(index);

                  return true;

              }

      } else {

      //不为空,也遍历

          for (int index = 0; index < size; index++)

              if (o.equals(elementData[index])) {

                  fastRemove(index);

                  return true;

              }

      }

      return false;

  }

进入fastRemove方法:

private void fastRemove(int index) {

      modCount++;

       

      //numMoved:需要移动数组的个数

      int numMoved = size - index - 1;

      if (numMoved > 0)

          System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,

                            numMoved);

      elementData[--size] = null; // clear to let GC do its wrk

  }

2.5 用Debug分析向数组中间添加元素

进入add方法

public void add(int index, E element) {

//下标范围检查

  rangeCheckForAdd(index);

//确保容量大小

  ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!

   

  //移动数组位置

  System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,

                    size - index);

  //赋值给数组

  elementData[index] = element;

  //元素个数增加

  size++;

}

关于System.arraycopy时间复杂度问题,在添加或者删除最后一个元素的时候不会触发数组的复制机制,时间复杂度为O(1),若是添加到数组中间,由于会触发数组的复制,时间复杂度为O(n)。对于删除元素同样,根据数组下标删除的情况下,删除尾部元素是不会触发数组的扩容机制的,若删除中间的元素,同样会触发数组的复制。若根据对象删除元素,由于本身遍历到对象的时间复杂度为O(n),删除元素后再对数组进行重组,所以时间复杂度为O(n^2)。

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