Java集合-ArrayList
特性
实现了三个标记接口：RandomAccess，Cloneable，java.io.Serializable
java
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable1、RandomAccess
支持随机访问（基于下标），为了能更好地判断集合是ArrayList还是LinkedList，从而能够更好选择更优地遍历方式，提高性能！
2、Cloneable
支持拷贝，实现Cloneable接口，重写clone方法，方法内容默认调用父类的clone方法。
2.1 浅拷贝
基础类型的变量拷贝之后是独立的，不会随着源变量变动而变，String类型拷贝之后也是独立的，引用类型拷贝的是引用地址，拷贝前后的变量引用同一个堆中的对象。
java
public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
User user = (User) super.clone();
return User;
}2.2 深拷贝
变量的所有引用类型（除了String）都需要实现Cloneable（数组可以直接调用clone方法），clone方法中，引用类型需要各自调用clone，重新赋值
java
public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
User s = (User) super.clone();
s.setScore(this.score.clone());
return s;
}Java的传参，基本类型和引用类型传参
Java在方法传递参数时，是将变量复制一份，然后传入方法体去执行，复制的是栈中的内容
所以基本类型是复制的变量名和值，值变了不影响源变量
引用类型复制的是变量名和值（引用地址），对象变了，会影响源变量（引用地址是一样的）
String：是不可变对象，重新赋值时，会在常量表新生成字符串（如果已有，则直接去它的引用地址），将新字符串的引用地址赋值给栈中的新变量，因此源变量不会受影响
3、Serializable
序列化：将对象状态转换为可保持或传输格式的过程。与序列化相对的反序列化，它将流转换为对象。这两个过程结合起来，可以轻松地存储和传输数据，在Java中地这个Serializable接口其实是给JVM看的，通知JVM，用户不会对这个类序列化了，JVM帮用户序列化就好了。如果用户没有声明一个SerialVersionUID变量，接口会默认生成SerialVersionUID，默认的SerialVersionUID对于class的细节非常敏感，反序列化时可能会导致InvalidClassException这个异常（每次序列化都会重新计算该值）
4、AbstractList
继承了AbstractList，说明了它是一个列表，拥有相应的增、删、改、查等功能。
基本属性
java
// 序列化版本号（类文件签名），如果不写会默认生成，类内容的改变会影响签名变化，导致反序列化失败
private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
// 如果实例化时未指定容量，则在初次添加元素时会进行扩容使用此容量作为数组长度
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
// static修饰，所有的未指定容量的实例(也未添加元素)共享此数组，两个空的数组有什么区别呢？
// 就是第一次添加元素时知道该 elementData 从空的构造函数还是有参构造函数被初始化的。
// 以便确认如何扩容。空的构造器则初始化为10，有参构造器则按照扩容因子扩容
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// arrayList真正存放元素的地方，长度大于等于size
transient Object[] elementData;
// arrayList中的元素个数
private int size;构造器
java
// 无参构造器，构造一个容量大小为 10 的空的 list 集合
// 但构造函数只是给 elementData 赋值了一个空的数组，其实是在第一次添加元素时容量扩大至 10 的。
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
// 当使用无参构造函数时是把 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 赋值给 elementData。
// 当 initialCapacity 为零时则是把 EMPTY_ELEMENTDATA 赋值给 elementData。
// 当 initialCapacity 大于零时初始化一个大小为 initialCapacity 的 object 数组并赋值给 elementData。
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity);
}
}
// 将 Collection 转化为数组，数组长度赋值给 size。
// 如果 size 不为零，则判断 elementData 的 class 类型是否为 ArrayList，不是的话则做一次转换。
// 如果 size 为零，则把 EMPTY_ELEMENTDATA 赋值给 elementData，相当于new ArrayList(0)。
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
Object[] a = c.toArray();
if ((size = a.length) != 0) {
if (c.getClass() == ArrayList.class) {
elementData = a;
} else {
elementData = Arrays.copyOf(a, size, Object[].class);
}
} else {
// 指向空数组
elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}添加元素 -- 默认尾部添加
java
// 每次添加元素到集合中时都会先确认下集合容量大小。然后将 size 自增 1赋值
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1);
elementData[size++] = e;
return true;
}
// 判断如果 elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
// 就取 DEFAULT_CAPACITY 和 minCapacity 的最大值也就是 10。
// 这就是 EMPTY_ELEMENTDATA 与 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 的区别所在。
// 同时也验证了上面的说法：使用无参构造函数时是在第一次添加元素时初始化容量为 10 的
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
// 对modCount自增1，记录操作次数，如果 minCapacity 大于 elementData 的长度
// 则对集合进行扩容,第一次添加元素时 elementData 的长度为零
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
// 涉及扩容，会消耗性能，但是如果提前指定容量，会提升性能，可以达到与linkedList相当，甚至超越
public void addEffect(){
// 不指定下标插入
int length = 10000000;
List al = new ArrayList(length);// 指定容量时 效率相当
List ll = new LinkedList();
long start5 = System.currentTimeMillis();
for(int i=0;i <length;i++){
al.add(i);
}
long end5 = System.currentTimeMillis();
System.out.println(end5-start5);
long start6 = System.currentTimeMillis();
for(int i=0;i <length;i++){
ll.add(i);
}
long end6 = System.currentTimeMillis();
System.out.println(end6-start6);
}
执行结果：
912
4237指定下标添加元素
java
public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index);//下标越界检查
ensureCapacityInternal(size + 1); //同上 判断扩容,记录操作数
// 依次复制插入位置及后面的数组元素，到后面一格，不是移动
// 因此复制完后，添加的下标位置和下一个位置指向对同一个对象
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
elementData[index] = element;//再将元素赋值给该下标
size++;
}时间复杂度为O(n)，与移动的元素个数正相关
扩容
java
private void grow(int minCapacity) {
// 获取当前数组长度
int oldCapacity = elementData.length;
// 默认将扩容至原来容量的 1.5 倍
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
// 如果1.5倍太小的话，则将我们所需的容量大小赋值给newCapacity
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
// 如果1.5倍太大或者我们需要的容量太大
// 那就直接拿 newCapacity = (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE 来扩容
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// 然后将原数组中的数据复制到大小为 newCapacity 的新数组中，并将新数组赋值给 elementData
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}删除元素
java
public E remove(int index) {
// 首先会检查 index 是否合法
rangeCheck(index);
modCount++;//操作数+1
E oldValue = elementData(index);
int numMoved = size - index - 1;
// 判断要删除的元素是否是最后一个位,如果 index 不是最后一个，就从 index + 1 开始往后所有的元素都向前拷贝一份。
// 然后将数组的最后一个位置空,如果 index 是最后一个元素那么就直接将数组的最后一个位置空
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
elementData[--size] = null; //让指针最后指向空，进行垃圾回收
return oldValue;
}
// 当我们调用 remove(Object o) 时，会把 o 分为是否为空来分别处理。
// 然后对数组做遍历，找到第一个与 o 对应的下标 index，然后调用 fastRemove 方法，删除下标为 index 的元素。
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;
}
// fastRemove(int index) 方法和 remove(int index) 方法基本全部相同。
private void fastRemove(int index) {
modCount++;
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,numMoved);
elementData[--size] = null;
}迭代器 iterator
java
public Iterator<E> iterator() {
return new Itr();
}
private class Itr implements Iterator<E> {
// 代表下一个要访问的元素下标
int cursor;
// 代表上一个要访问的元素下标
int lastRet = -1;
// 代表对 ArrayList 修改次数的期望值，初始值为 modCount
int expectedModCount = modCount;
// 如果下一个元素的下标等于集合的大小 ，就证明到最后了
public boolean hasNext() {
return cursor != size;
}
@SuppressWarnings("unchecked")
public E next() {
// 判断expectedModCount和modCount是否相等,ConcurrentModificationException
checkForComodification();
int i = cursor;
// 对 cursor 进行判断，看是否超过集合大小和数组长度
if (i >= size)
throw new NoSuchElementException();
Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length)
throw new ConcurrentModificationException();
// 自增 1。开始时，cursor = 0，lastRet = -1；每调用一次next方法，cursor和lastRet都会自增1。
cursor = i + 1;
// 将cursor赋值给lastRet，并返回下标为 lastRet 的元素
return (E) elementData[lastRet = i];
}
public void remove() {
// 判断 lastRet 的值是否小于 0
if (lastRet < 0)
throw new IllegalStateException()
// 判断expectedModCount和modCount是否相等,ConcurrentModificationException
checkForComodification();
try {
// 直接调用 ArrayList 的 remove 方法删除下标为 lastRet 的元素
ArrayList.this.remove(lastRet);
// 将 lastRet 赋值给 curso
cursor = lastRet;
// 将 lastRet 重新赋值为 -1，并将 modCount 重新赋值给 expectedModCount。
lastRet = -1;
expectedModCount = modCount;
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
}remove 方法的弊端
- 只能进行remove操作，add、clear等 Itr 中没有；
- 调用 remove 之前必须先调用 next。因为 remove 开始就对 lastRet 做了校验，而 lastRet 初始化时为 -1；
- next 之后只可以调用一次 remove。因为 remove 会将 lastRet 重新初始化为 -1
不可变集合
java
// Collections.unmodifiableList可以将list封装成不可变集合（只读），但实际上会受源list的改变影响
public void unmodifiable() {
List list = new ArrayList(Arrays.asList(4,3,3,4,5,6));//缓存不可变配置
List modilist = Collections.unmodifiableList(list);//只读
modilist.set(0,1);//会报错UnsupportedOperationException
//modilist.add(5,1);
list.set(0,1);
System.out.println(modilist.get(0));//打印1
}Arrays.asList
java
public void testArrays(){
long[] arr = new long[]{1,4,3,3};
// 基本类型不支持泛型化，会把整个数组当成一个元素放入新的数组，传入可变参数
List list = Arrays.asList(arr);
System.out.println(list.size());// 打印1
}
// 可变参数
public static <T> List<T> asList(T... a) {
return new ArrayList<>(a);
}基本类型不支持泛型化，会把整个数组当成一个元素放入新的数组，因此 size 打印结果是1
什么是fail-fast?
fail-fast机制是java集合中的一种错误机制。
当使用迭代器迭代时，如果发现集合有修改，则快速失败做出响应，抛出ConcurrentModificationException异常。
这种修改有可能是其它线程的修改，也有可能是当前线程自己的修改导致的，比如迭代的过程中直接调用remove()删除元素等。
另外，并不是java中所有的集合都有fail-fast的机制。比如，像最终一致性的ConcurrentHashMap、CopyOnWriterArrayList等都是没有fast-fail的。
fail-fast是怎么实现的：
ArrayList、HashMap中都有一个属性叫modCount，每次对集合的修改这个值都会加1，在遍历前记录这个值到expectedModCount中，遍历中检查两者是否一致，如果出现不一致就说明有修改，则抛出ConcurrentModificationException异常。
底层数组存/取元素效率非常的高(get/set)，时间复杂度是O(1)，而查找（比如：indexOf，contain），插入和删除元素效率不太高，时间复杂度为O(n)。
插入/删除元素会触发底层数组频繁拷贝，效率不高，还会造成内存空间的浪费，解决方案：linkedList
查找元素效率不高，解决方案：HashMap（红黑树）