ArrayList与Vector

ArrayList

ArrayList 是 Java 集合框架中最常用的类之一，它实现了 List 接口，基于动态数组的数据结构。ArrayList 提供了快速的随机访问能力，并且支持动态扩容，适合存储和操作大量数据

特点

• 基于动态数组
  • ArrayList 内部使用数组来存储元素。
  • 数组的大小可以动态调整，当元素数量超过当前数组容量时，会自动扩容
• 有序且允许重复
  • 元素按照插入顺序存储。
  • 允许存储重复的元素
• 允许 null 元素
  • ArrayList 可以存储 null 值，且可以存储多个 null
• 非线程安全，ArrayList 不是线程安全的。

常用方法

ArrayList 实现了 List 接口，因此支持 List 的所有方法。

ArrayList底层实现

1. transient Object[] elementData

   • 这是一个 Object 类型的数组，用于存储 ArrayList 中的元素
   • 数组的长度（elementData.length）表示当前 ArrayList 的容量（Capacity），即最多可以存储多少个元素。
   • 数组的实际使用长度（即 ArrayList 中存储的元素数量）由 size 字段表示
   • 在 ArrayList 中，存储数据的数组 elementData 被声明为 transient，但这并不意味着数据完全不参与序列化。相反，ArrayList 通过自定义序列化逻辑优化了存储效率
   • 反序列化时，ArrayList 会根据写入的实际元素数量重新分配一个容量精确匹配的数组，避免冗余空间占用

2. int size

   • 表示 ArrayList 中实际存储的元素数量。
   • size 的值总是小于或等于 elementData.length

构造方法

1. 无参构造方法

   • 默认构造方法会将 elementData 初始化为一个空数组 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA。

   • 在第一次添加元素时，elementData 会扩容到默认容量（10）

     private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}
     
     public ArrayList() {
         this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
     }
     

2. 指定初始容量的构造方法

   • 如果指定了初始容量（initialCapacity），elementData 会被初始化为一个指定长度的数组。

   • 如果初始容量为 0，elementData 会被初始化为一个空数组 EMPTY_ELEMENTDATA

     private static final Object[] EMPTY_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);
         }
     }
     

3. 基于集合的构造方法

   • 该构造方法会将指定集合 c 中的元素复制到 elementData 数组中。

   • 如果集合 c 为空，elementData 会被初始化为一个空数组 EMPTY_ELEMENTDATA

     public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
         elementData = c.toArray();
         if ((size = elementData.length) != 0) {
             if (elementData.getClass() != Object[].class)
                 elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
         } else {
             this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
         }
     }
     

ArrayList的扩容机制

• ArrayList 的容量是动态调整的。当元素数量超过当前数组容量时，ArrayList 会自动扩容
• 新容量通常是旧容量的 1.5 倍
• 如果所需容量超过 MAX_ARRAY_SIZE，则返回 Integer.MAX_VALUE
• 扩容需要创建新数组并复制数据，可以通过指定初始容量来减少扩容次数，避免不必要的扩容操作

1. 扩容的触发条件

   • 扩容通常在添加元素时触发，例如在 add() 方法中
   • ensureCapacityInternal(size + 1) 会检查当前容量是否足够，如果不足则调用 grow() 方法扩容。
   • 当添加元素时，如果当前容量不足（即 size + 1 > elementData.length），ArrayList 会自动扩容

   public boolean add(E e) {
       ensureCapacityInternal(size + 1); // 确保容量足够
       elementData[size++] = e;
       return true;
   }
   

2. 扩容逻辑主要集中在 grow() 方法中

   • grow(int minCapacity) 方法

   private void grow(int minCapacity) { //minCapacity：所需的最小容量（通常是 size + 1）
       int oldCapacity = elementData.length; // 当前容量
       int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // 新容量为旧容量的 1.5 倍
       if (newCapacity - minCapacity < 0) // 如果新容量仍然不足
           newCapacity = minCapacity; // 直接使用所需的最小容量
       if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) // 如果新容量超过最大限制
           newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); // 处理超大容量
       elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); // 创建新数组并复制数据
   }
   

   • hugeCapacity(int minCapacity) 方法

   private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
       if (minCapacity < 0) // 如果所需容量溢出（超过 Integer.MAX_VALUE）
           throw new OutOfMemoryError(); // 抛出内存溢出异常
       return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE;
   }
   
   //如果所需容量超过了 MAX_ARRAY_SIZE，则返回 Integer.MAX_VALUE。
   //如果所需容量溢出（即 minCapacity < 0），则抛出 OutOfMemoryError
   

Vector

• Vector 与 ArrayList 类似，但它是 线程安全 的
• Vector 实现了 List 接口，因此支持 List 的所有方法。
• 默认10，Vector 默认扩容为 2 倍