Javaコレクションシリーズ:ArrayListの詳細(ソース解析)と使用例

概要
前章では、Collectionのアーキテクチャについて学びました.この章では、Collectionの具体的な実装クラスについて説明します.まず,リストについて説明するが,リストではArrayListが最もよく用いられる.そこで、本章ではArrayListについて説明します.まずArrayListについて全体的な認識を持ってから、そのソースコードを学び、最後に例を通じてどのように使用するかを学びます.
第1部ArrayList紹介
ArrayListの概要
ArrayListは、動的配列に相当する配列キューです.Javaの配列に比べて容量が動的に増加します.AbstractListに継承され、List、RandomAccess、Cloneable、java.io.Serializableなどのインタフェースを実現します.
ArrayListはAbstractListを継承し,Listを実現した.これは配列キューであり、関連する追加、削除、変更、遍歴などの機能を提供します.ArrayListはRandmoAccessインタフェースを実現し,ランダムアクセス機能を提供する.RandmoAccessはjavaでListによって実装され、Listに高速アクセス機能を提供するために使用される.ArrayListでは、要素のシーケンス番号で要素オブジェクトをすばやく取得できます.これが高速ランダムアクセスです.後で、Listの「高速ランダムアクセス」と「Iterator反復器によるアクセス」の効率を比較します.
ArrayListはCloneableインタフェースを実現し,すなわち関数clone()を上書きし,クローン化できる.
ArrayListはjava.io.Serializableインタフェースを実現し、これはArrayListがシーケンス化をサポートし、シーケンス化によって伝送できることを意味する.
Vectorとは異なり、ArrayListでの操作はスレッドセキュリティではありません!したがって、ArrayListは単一スレッドで使用することを推奨し、マルチスレッドではVectorまたはCopyOnWriteArrayListを選択することができる.
ArrayListコンストラクタ

//       
ArrayList()

// capacity ArrayList       。              ，               。
ArrayList(int capacity)

//       collection ArrayList
ArrayList(Collection extends E> collection)

ArrayListのAPI

// Collection    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         iterator()
boolean             remove(Object object)
boolean             removeAll(Collection> collection)
boolean             retainAll(Collection> collection)
int                 size()
 T[]             toArray(T[] array)
Object[]            toArray()
// AbstractCollection    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     listIterator(int location)
ListIterator     listIterator()
E                   remove(int location)
E                   set(int location, E object)
List             subList(int start, int end)
// ArrayList   API
Object               clone()
void                 ensureCapacity(int minimumCapacity)
void                 trimToSize()
void                 removeRange(int fromIndex, int toIndex)

第2部ArrayListデータ構造
ArrayListの継承関係

java.lang.Object
   ↳     java.util.AbstractCollection
         ↳     java.util.AbstractList
               ↳     java.util.ArrayList

public class ArrayList extends AbstractList
        implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {}

ArrayListとCollectionの関係は下図の通りです.
ArrayListには、elementDataとsizeの2つの重要なオブジェクトが含まれています.
(01)elementDataは「Object[]タイプの配列」であり、ArrayListに追加された要素が保存されている.実際、elementDataは動的配列であり、構造関数ArrayList(int initialCapacity)によってその初期容量がinitialCapacityであることを実行することができる.パラメータを含まないコンストラクション関数ArrayList()でArrayListを作成する場合、elementDataの容量はデフォルトで10です.ElementData配列のサイズは、ArrayList容量の増加に応じて動的に増加します.具体的な成長方法は、ソース分析のensureCapacity()関数を参照してください.
(02)sizeは動的配列の実際の大きさである.
第3部ArrayListソースコード解析(JDK 1.6.0_45ベース)
ArrayListの原理をより理解するために、以下にArrayListソースコードを分析する.ArrayListは配列により実現されており,ソースコードは比較的容易に理解できる.

package java.util;

public class ArrayList extends AbstractList
        implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
    //      
    private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;

    //   ArrayList      
    private transient Object[] elementData;

    // ArrayList        
    private int size;

    // ArrayList          。
    public ArrayList(int initialCapacity) {
        super();
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        //       
        this.elementData = new Object[initialCapacity];
    }

    // ArrayList    。     10。
    public ArrayList() {
        this(10);
    }

    //       collection 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);
    }

    //          =      
    public void trimToSize() {
        modCount++;
        int oldCapacity = elementData.length;
        if (size < oldCapacity) {
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
        }
    }

    //   ArrarList   。
    //  ArrayList               ，       =“(    x3)/2 + 1”
    public void ensureCapacity(int minCapacity) {
        //  “     ”+1
        modCount++;
        int oldCapacity = elementData.length;
        //                  ，       =“(    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);
        }
    }

    //     e
    public boolean add(E e) {
        //   ArrayList     
        ensureCapacity(size + 1);  // Increments modCount!!
        //   e ArrayList 
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

    //   ArrayList     
    public int size() {
        return size;
    }

    //   ArrayList    Object(o)
    public boolean contains(Object o) {
        return indexOf(o) >= 0;
    }

    //   ArrayList    
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    //     ，        
    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;
        }

        //     ，        
        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;
    }

    //     (          )，    (o)    
    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;
    }

    //   ArrayList Object  
    public Object[] toArray() {
        return Arrays.copyOf(elementData, size);
    }

    //   ArrayList     。      ，    T         
    public  T[] toArray(T[] a) {
        //    a    < ArrayList     ；
        //      T[]  ，     “ArrayList     ”，  “ArrayList”         
        if (a.length < size)
            return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());

        //    a    >= ArrayList     ；
        //   ArrayList           a 。
        System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);
        if (a.length > size)
            a[size] = null;
        return a;
    }

    //   index      
    public E get(int index) {
        RangeCheck(index);

        return (E) elementData[index];
    }

    //   index     element
    public E set(int index, E element) {
        RangeCheck(index);

        E oldValue = (E) elementData[index];
        elementData[index] = element;
        return oldValue;
    }

    //  e   ArrayList 
    public boolean add(E e) {
        ensureCapacity(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

    //  e   ArrayList     
    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++;
    }

    //   ArrayList       
    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+1, elementData, index,
                 numMoved);
        elementData[--size] = null; // Let gc do its work

        return oldValue;
    }

    //   ArrayList     
    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;
    }

    //      index   
    private void fastRemove(int index) {
        modCount++;
        int numMoved = size - index - 1;
        //  "index+1"  ，             。
        if (numMoved > 0)
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                             numMoved);
        //          null
        elementData[--size] = null; // Let gc do its work
    }

    //     
    public boolean remove(Object o) {
        if (o == null) {
            for (int index = 0; index < size; index++)
            if (elementData[index] == null) {
                fastRemove(index);
            return true;
            }
        } else {
            //   ArrayList，  “  o”，   ，   true。
            for (int index = 0; index < size; index++)
            if (o.equals(elementData[index])) {
                fastRemove(index);
            return true;
            }
        }
        return false;
    }

    //   ArrayList，        null
    public void clear() {
        modCount++;

        for (int i = 0; i < size; i++)
            elementData[i] = null;

        size = 0;
    }

    //    c   ArrayList 
    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;
    }

    //  index    ，   c   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;
    }

    //   fromIndex toIndex       。
    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);
    }

    //     
    public Object clone() {
        try {
            ArrayList v = (ArrayList) super.clone();
            //    ArrayList        v 
            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     
    //  ArrayList “  ，      ”        
    private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
        throws java.io.IOException{
    // Write out element count, and any hidden stuff
    int expectedModCount = modCount;
    s.defaultWriteObject();

        //   “     ”
        s.writeInt(elementData.length);

    //   “        ”
    for (int i=0; i

まとめ:
(01)ArrayListは実際には1つの配列でデータを保存している.ArrayListを構築するとデフォルトコンストラクション関数を使用する場合、ArrayListのデフォルト容量サイズは10です.(02)ArrayListの容量が全ての要素を収容するのに足りない場合、ArrayListは容量を新たに設定する:「(元の容量x 3)/2+1」.(03)ArrayListのクローン関数,すなわち全要素を1つの配列にクローンする.(04)ArrayListがjava.io.Serializableを実現する方式.出力ストリームに書き込む場合は、「容量」を書き込み、「各要素」を順次書き込む.入力ストリームを読み出す場合は、「容量」を読み出し、「各要素」を順次読み出す.
第4部ArrayList遍歴方式
ArrayListは3種類の遍歴方式をサポート
(01)第1種は,反復器により遍歴する.つまり、Iteratorを通して巡ります.

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

(02)2つ目は,ランダムアクセス,インデックス値による遍歴である.ArrayListはRandomAccessインタフェースを実装しているため、インデックス値による要素へのランダムアクセスをサポートします.

Integer value = null;
int size = list.size();
for (int i=0; i

(03)第3種,forサイクル遍歴.次のようになります.

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

次に、この3つの方法の効率を1つの例で比較し、インスタンスコード(ArrayListRandomAccessTest.java)は以下の通りである.

import java.util.*;
import java.util.concurrent.*;

/*
 * @desc ArrayList            。
 *
 * @author skywang
 */
public class ArrayListRandomAccessTest {

    public static void main(String[] args) {
        List list = new ArrayList();
        for (int i=0; i<100000; i++)
            list.add(i);
        //isRandomAccessSupported(list);
        iteratorThroughRandomAccess(list) ;
        iteratorThroughIterator(list) ;
        iteratorThroughFor2(list) ;

    }

    private static void isRandomAccessSupported(List list) {
        if (list instanceof RandomAccess) {
            System.out.println("RandomAccess implemented!");
        } else {
            System.out.println("RandomAccess not implemented!");
        }

    }

    public static void iteratorThroughRandomAccess(List list) {

        long startTime;
        long endTime;
        startTime = System.currentTimeMillis();
        for (int i=0; i

実行結果:
iteratorThroughRandomAccess:3 msiteratorThroughIterator:8 msiteratorThroughFor2:5 ms
このことから,ArrayListを巡る場合,ランダムアクセス(すなわちインデックスシーケンス番号でアクセス)が最も効率的であり,反復器での効率が最も低いことが分かる.
第5部toArray()異常
ArrayListのtoArray()を呼び出すと、「java.lang.ClassCastException」異常が投げ出されたことがある.これはどういうことですか.
ArrayListには2つのtoArray()関数があります.

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

toArray()関数を呼び出すと「java.lang.ClassCastException」異常が放出されますが、toArray(T[]contents)を呼び出すとT[]が正常に返されます.
toArray()が例外を放出するのは、toArray()がObject[]配列を返し、Object[]を他のタイプ(たとえば、Object[]をInteger[]に変換)に変換すると、Java.lang.ClassCastException例外が放出されます.Javaはダウンコンバートをサポートしていないためです.具体的には、前のArrayList.javaのソースコード紹介部のtoArray()を参照してください.この問題を解決する方法は、Object[]toArray()ではなく、T[]toArray(T[]contents)を呼び出すことです.
toArray(T[]contents)を呼び出してT[]を返すことは、以下のいくつかの方法で実現することができる.

// toArray(T[] contents)     
public static Integer[] vectorToArray1(ArrayList v) {
    Integer[] newText = new Integer[v.size()];
    v.toArray(newText);
    return newText;
}

// toArray(T[] contents)     。   ！
public static Integer[] vectorToArray2(ArrayList v) {
    Integer[] newText = (Integer[])v.toArray(new Integer[0]);
    return newText;
}

// toArray(T[] contents)     
public static Integer[] vectorToArray3(ArrayList v) {
    Integer[] newText = new Integer[v.size()];
    Integer[] newStrings = (Integer[])v.toArray(newText);
    return newStrings;
}

第6部ArrayList例
ここでは、ArrayListTest.javaの例を用いて、ArrayListでよく使用されるAPIの使用方法について説明します.

import java.util.*;

/*
 * @desc ArrayList  API     
 * @author skywang 
 * @email [email protected]
 */
public class ArrayListTest {

    public static void main(String[] args) {

        //   ArrayList
        ArrayList list = new ArrayList();

        //  “”
        list.add("1");
        list.add("2");
        list.add("3");
        list.add("4");
        //           1   
        list.add(0, "5");

        //    1   
        System.out.println("the first element is: "+ list.get(0));
        //   “3”
        list.remove("3");
        //   ArrayList   
        System.out.println("Arraylist size=: "+ list.size());
        //   list     "3"
        System.out.println("ArrayList contains 3 is: "+ list.contains(3));
        //    2    10
        list.set(1, "10");

        //   Iterator  ArrayList
        for(Iterator iter = list.iterator(); iter.hasNext(); ) {
            System.out.println("next is: "+ iter.next());
        }

        //  ArrayList     
        String[] arr = (String[])list.toArray(new String[0]);
        for (String str:arr)
            System.out.println("str: "+ str);

        //   ArrayList
        list.clear();
        //   ArrayList    
        System.out.println("ArrayList is empty: "+ list.isEmpty());
    }
}

実行結果:
the first element is: 5Arraylist size=: 4ArrayList contains 3 is: falsenext is: 5next is: 10next is: 2next is: 4str: 5str: 10str: 2str: 4ArrayList is empty: true
出典:http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3308513.html文章には不適切な点があります.指摘を歓迎します.あなたも私の微信の公衆番号: javaに注目することができます.良質な学習資源を得ることができます.QQ技術交流グループに参加することもできます.766946816、javaについて話しましょう.