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1. ArrayList 继承体系
ArrayList 又称动态数组，底层是基于数组实现的List，与数组的区别在于，其具备动态扩展能力。从继承体系图中可看出ArrayList：
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
...
}
- 实现了List, RandomAccess， Cloneable， java.io.Serializable等接口
- 实现了List，具备基础的添加、删除、遍历等操作
- 实现了RandomAccess，具备随机访问的能力
- 实现了Cloneable，可以被克隆(浅拷贝)
list.clone() - 实现了Serializable，可以被序列化
2. ArrayList 实现Cloneable，RandomAccess，Serializable接口
实现Cloneable接口，可以被浅拷贝
/**
* Returns a shallow copy of this <tt>ArrayList</tt> instance. (The
* elements themselves are not copied.)
* 返回此<tt> ArrayList </ tt>实例的拷贝副本。 （元素本身不会被复制。）
*
* @return a clone of this <tt>ArrayList</tt> instance
*/
public Object clone() {
try {
ArrayList<?> v = (ArrayList<?>) super.clone();
// 拷贝
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(e);
}
}
在java语言中，对象实现 Cloneable 接口时，能够对其进行深拷贝和浅拷贝，这里简述下，深拷贝和浅拷贝的区别：
首先创建一个User类：
/**
* @Auther: csp1999
* @Date: 2020/10/28/15:51
* @Description:
*/
public class User {
private String name;// user名称
public String getName() {return name;}
public void setName(String name) {this.name = name; }
public User(String name) { this.name = name;}
public User() {}
@Override
public String toString() {
return "User{" +
"name='" + name + '\'' +
'}';
}
}
下面来看浅拷贝实例：
@Test
public void test02() {
/**
* 简单演示ArrayList 浅拷贝:
*/
ArrayList list = new ArrayList();
//User 对象实例化
User user = new User("csp");
list.add("abc");// list添加简单字符类型
list.add(user);// list添加对象类型
System.out.println("------------原始ArrayList集合------------");
System.out.println("list:"+list);
// 浅拷贝
ArrayList clone = (ArrayList) list.clone();
System.out.println("------------浅拷贝后得到的新ArrayList集合------------");
System.out.println("二者地址是否相同：" + (list == clone));
System.out.println("------------未修改list中的User属性之前------------");
System.out.println("clone:"+clone);
System.out.println("------------当修改list中的User属性之后------------");
User u = (User) list.get(1);
u.setName("csp1999");
System.out.println("clone:"+clone);
System.out.println("clone中的user对象和原始list中的user对象地址是否相同："+(list.get(1)==clone.get(1)));
}
输出结果：
------------原始ArrayList集合------------
list:[abc, User{name='csp'}]
------------浅拷贝后得到的新ArrayList集合------------
二者地址是否相同：false
------------未修改list中的User属性之前------------
clone:[abc, User{name='csp'}]
------------当修改list中的User属性之后------------
clone:[abc, User{name='csp1999'}]
clone中的user对象和原始list中的user对象地址是否相同：true
由结果可得出结论：
- 当最初的list 集合被克隆之后，实际上是产生了一个新的
ArrayList对象，二者地址引用不相同 - 当从list集合中获取到user对象并修改其属性之后，clone集合中的user属性也对应发生了改变，这就说明，clone在复制list集合时，对复杂的对象类型数据元素，只是拷贝了其地址引用，并未对其进行新建对象
- 因此，执行
list.get(1)==clone.get(1))代码的时候，二者存储的user是同一个user对象，地址和数据均相同
而如果进行深拷贝时，就会在list被克隆新创建克隆对象时，对其存储的复杂对象类型也进行对象新创建，复杂对象类型数据获得新的地址引用，而不是像浅拷贝那样，仅仅拷贝了复杂对象类型的地址引用。
\
实现RandomAccess接口，可以提高随机访问列表的效率
ArrayList 实现了RandomAccess接口，因此当执行随机访问列表的时候，效率要高于顺序访问列表的效率，我们来看一个例子：
@Test
public void test03() {
ArrayList arrayList = new ArrayList();
for (int i=0;i<=99999;i++){// 集合中添加十万条数据
arrayList.add(i);
}
// 测试随机访问的效率：
long startTime = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < arrayList.size(); i++) {// 随机访问
// 从集合中访问每一个元素
arrayList.get(i);
}
long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("执行随机访问所用时间："+(endTime-startTime));
// 测试顺序访问的效率：
startTime = System.currentTimeMillis();
Iterator it = arrayList.iterator();// 顺序访问，也可以使用增强for
while (it.hasNext()){
// 从集合中访问每一个元素
it.next();
}
endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("执行顺序访问所用时间："+(endTime-startTime));
}
查看输出结果：
执行随机访问所用时间：1
执行顺序访问所用时间：3
可以看出实现RandomAccess接口的ArrayList 进行随机访问的效率高于进行顺序访问的效率。
作为对比我们再来看一下未实现RandomAccess接口的LinkedList集合，测试随机访问和顺序访问列表的效率对比：
@Test
public void test04() {
LinkedList linkedList = new LinkedList();
for (int i=0;i<=99999;i++){// 集合中添加十万条数据
linkedList.add(i);
}
// 测试随机访问的效率：
long startTime = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < linkedList.size(); i++) {// 随机访问
// 从集合中访问每一个元素
linkedList.get(i);
}
long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("执行随机访问所用时间："+(endTime-startTime));
// 测试顺序访问的效率：
startTime = System.currentTimeMillis();
Iterator it = linkedList.iterator();// 顺序访问，也可以使用增强for
while (it.hasNext()){
// 从集合中访问每一个元素
it.next();
}
endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("执行顺序访问所用时间："+(endTime-startTime));
}
查看输出结果：
执行随机访问所用时间：4601
执行顺序访问所用时间：2
由结果可得出结论，没有实现RandomAccess接口的LinkedList集合，测试随机访问的效率远远低于顺序访问。
\
3. ArrayList 属性
/**
* Default initial capacity.
* 默认容量
*/
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
/**
* Shared empty array instance used for empty instances.
* 空数组，如果传入的容量为0时使用
*/
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
* Shared empty array instance used for default sized empty instances.
* We distinguish this from EMPTY_ELEMENTDATA to know how much to inflate when first element is added.
* 默认空容量的数组，长度为0，传入容量时使用，添加第一个元素的时候会重新初始为默认容量大小
*/
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
* The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored.
* The capacity of the ArrayList is the length of this array buffer. Any
* empty ArrayList with elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
* will be expanded to DEFAULT_CAPACITY when the first element is added.
* 集合中真正存储数据元素的数组容器
*/
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
/**
* The size of the ArrayList (the number of elements it contains).
* 集合中元素的个数
* @serial
*/
private int size;
- DEFAULT_CAPACITY：集合的默认容量，默认为10，通过
new ArrayList()创建List集合实例时的默认容量是10。 - EMPTY_ELEMENTDATA：空数组，通过
new ArrayList(0)创建List集合实例时用的是这个空数组。 - DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA：默认容量空数组，这种是通过
new ArrayList()无参构造方法创建集合时用的是这个空数组，与EMPTY_ELEMENTDATA的区别是在添加第一个元素时使用这个空数组的会初始化为DEFAULT_CAPACITY(10)个元素。 - elementData：存储数据元素的数组，使用transient修饰，该字段不被序列化。
- size：存储数据元素的个数，elementData数组的长度并不是存储数据元素的个数。
4. ArrayList 构造方法
ArrayList(int initialCapacity)有参构造方法
/**
* Constructs an empty list with the specified initial capacity.
* 构造具有指定初始容量的空数组
*
* @param initialCapacity the initial capacity of the list 列表的初始容量
* @throws IllegalArgumentException if the specified initial capacity is negative
*
* 传入初始容量，如果大于0就初始化elementData为对应大小，如果等于0就使用EMPTY_ELEMENTDATA空数组，
* 如果小于0抛出异常。
*/
// ArrayList(int initialCapacity)构造方法
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new IllegalArgumentException("不合理的初识容量: " +
initialCapacity);
}
}
ArrayList()空参构造方法
/**
* Constructs an empty list with an initial capacity of ten.
* 构造一个初始容量为10的空数组
*
* 不传初始容量，初始化为DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA空数组，
* 会在添加第一个元素的时候扩容为默认的大小，即10。
*/
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
ArrayList(Collection c)有参构造方法
/**
* Constructs a list containing the elements of the specified
* collection, in the order they are returned by the collection's
* iterator.
* 把传入集合的元素初始化到ArrayList中
*
* @param c the collection whose elements are to be placed into this list
* @throws NullPointerException if the specified collection is null
*/
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
// 将构造方法中的集合参数转换成数组
elementData = c.toArray();
if ((size = elementData.length) != 0) {
// 检查c.toArray()返回的是不是Object[]类型，如果不是，重新拷贝成Object[].class类型
if (elementData.getClass() != Object[].class)
// 数组的创建与拷贝
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
// 如果c是空的集合，则初始化为空数组EMPTY_ELEMENTDATA
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}
问题：为什么要检查检查c.toArray()返回的是不是Object[]类型，重新拷贝成Object[].class类型呢？
首先，我们都知道Object 是java中的超级父类，所有类都间接或者直接继承于Object，接着我们来看一个例子：
/**
* @Auther: csp1999
* @Date: 2020/10/27/23:22
* @Description:
*/
public class ArrayListTest {
class Father {}
class Son extends Father {}
class MyList extends ArrayList<String> {
/**
* 子类重写父类的方法,返回值可以不一样,但这里只能用数组类型，
* 换成Object就不行,应该算是java本身的bug
*/
@Override
public String[] toArray() {
// 为了方便举例直接写死
return new String[]{"a", "b", "c"};
}
}
@Test
public void test01() {
Father[] fathers = new Son[]{};
// 打印结果为: class [Lcom.haust.test.ArrayListTest$Son;
System.out.println(fathers.getClass());
List<String> strList = new MyList();
// 打印结果为: class [Ljava.lang.String;
System.out.println(strList.toArray().getClass());
}
}
5. ArrayList 相关操作方法
add(E e)添加元素到集合中
添加元素到末尾，平均时间复杂度为O(1)：
/**
* Appends the specified element to the end of this list.
* 添加元素到末尾，平均时间复杂度为O(1)
* * @param e element to be appended to this list
* @return <tt>true</tt> (as specified by {@link Collection#add})
*/
public boolean add(E e) {
// 每加入一个元素，minCapacity大小+1，并检查是否需要扩容
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
// 把元素插入到最后一位
elementData[size++] = e;
return true;
}
// 计算最小容量
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
// 如果是空数组DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
// 返回DEFAULT_CAPACITY 和 minCapacity的大一方
return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
return minCapacity;
}
// 检查是否需要扩容
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;// 数组结构被修改的次数+1
// overflow-conscious code 储存元素的数据长度小于需要的最小容量时
if (minCapacity - elementData.length > 0)
// 扩容
grow(minCapacity);
}
/**
* 扩容
* Increases the capacity to ensure that it can hold at lea
* number of elements specified by the minimum capacity arg
* 增加容量以确保它至少可以容纳最小容量参数指定的元素数量
* @param minCapacity the desired minimum capacity
*/
private void grow(int minCapacity) {
// 原来的容量
int oldCapacity = elementData.length;
// 新容量为旧容量的1.5倍
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
// 如果新容量发现比需要的容量还小，则以需要的容量为准
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
// 如果新容量已经超过最大容量了，则使用最大容量
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// 以新容量拷贝出来一个新数组
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
// 使用最大容量
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}
执行流程：
- 检查是否需要扩容；
- 如果elementData等于DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA则初始化容量大小为DEFAULT_CAPACITY；
- 新容量是老容量的1.5倍（oldCapacity + (oldCapacity >> 1)），如果加了这么多容量发现比需要的容量还小，则以需要的容量为准；
- 创建新容量的数组并把老数组拷贝到新数组；
add(int index, E element)添加元素到指定位置
添加元素到指定位置，平均时间复杂度为O(n)：
/**
* Inserts the specified element at the specified position in this
* list. Shifts the element currently at that position (if any) and
* any subsequent elements to the right (adds one to their indices).
* 添加元素到指定位置，平均时间复杂度为O(n)。
* * @param index 指定元素要插入的索引
* @param element 要插入的元素
* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
*/
public void add(int index, E element) {
// 检查是否越界
rangeCheckForAdd(index);
// 检查是否需要扩容
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
// 将inex及其之后的元素往后挪一位，则index位置处就空出来了
// **进行了size-索引index次操作**
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
// 将元素插入到index的位置
elementData[index] = element;
// 元素数量增1
size++;
}
/**
* A version of rangeCheck used by add and addAll.
* add和addAll方法使用的rangeCheck版本
*/
// 检查是否越界
private void rangeCheckForAdd(int index) {
if (index > size || index < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
执行流程：
- 检查索引是否越界；
- 检查是否需要扩容；
- 把插入索引位置后的元素都往后挪一位；
- 在插入索引位置放置插入的元素；
- 元素数量增1；
addAll(Collection c)添加所有集合参数中的所有元素
求两个集合的并集：
/**
* Appends all of the elements in the specified collection to the end of
* this list, in the order that they are returned by the
* specified collection's Iterator. The behavior of this operation is
* undefined if the specified collection is modified while the operation
* is in progress. (This implies that the behavior of this call is
* undefined if the specified collection is this list, and this
* list is nonempty.)
* 将集合c中所有元素添加到当前ArrayList中
* * @param c collection containing elements to be added to this list
* @return <tt>true</tt> if this list changed as a result of the call
* @throws NullPointerException if the specified collection is null
*/
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
// 将集合c转为数组
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
// 检查是否需要扩容
ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCount
// 将c中元素全部拷贝到数组的最后
System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
// 集合中元素的大小增加c的大小
size += numNew;
// 如果c不为空就返回true，否则返回false
return numNew != 0;
}
执行流程：
- 拷贝c中的元素到数组a中；
- 检查是否需要扩容；
- 把数组a中的元素拷贝到elementData的尾部；
get(int index)获取指定索引位置的元素
获取指定索引位置的元素，时间复杂度为O(1)。
/**
* Returns the element at the specified position in this list.
* * @param index index of the element to return
* @return the element at the specified position in this list
* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
*/
public E get(int index) {
// 检查是否越界
rangeCheck(index);
// 返回数组index位置的元素
return elementData(index);
}
/**
* Checks if the given index is in range. If not, throws an appropriate
* runtime exception. This method does *not* check if the index is
* negative: It is always used immediately prior to an array access,
* which throws an ArrayIndexOutOfBoundsException if index is negative.
* 检查给定的索引是否在集合有效元素数量范围内
*/
private void rangeCheck(int index) {
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
@SuppressWarnings("unchecked")
E elementData(int index) {
return (E) elementData[index];
}
执行流程：
- 检查索引是否越界，这里只检查是否越上界，如果越上界抛出IndexOutOfBoundsException异常，如果越下界抛出的是ArrayIndexOutOfBoundsException异常。
- 返回索引位置处的元素；
remove(int index)删除指定索引位置的元素
删除指定索引位置的元素，时间复杂度为O(n)。
/**
* Removes the element at the specified position in this list.
* Shifts any subsequent elements to the left (subtracts one from their
* indices).
* 删除指定索引位置的元素，时间复杂度为O(n)。
* * @param index the index of the element to be removed
* @return the element that was removed from the list
* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
*/
public E remove(int index) {
// 检查是否越界
rangeCheck(index);
// 集合底层数组结构修改次数+1
modCount++;
// 获取index位置的元素
E oldValue = elementData(index);
int numMoved = size - index - 1;
// 如果index不是最后一位，则将index之后的元素往前挪一位
if (numMoved > 0)
// **进行了size-索引index-1次操作**
System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index,
numMoved);
// 将最后一个元素删除，帮助GC
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
// 返回旧值
return oldValue;
}
执行流程：
- 检查索引是否越界；
- 获取指定索引位置的元素；
- 如果删除的不是最后一位，则其它元素往前移一位；
- 将最后一位置为null，方便GC回收；
- 返回删除的元素。
注意：从源码中得出，ArrayList删除元素的时候并没有缩容。
\
remove(Object o)删除指定元素值的元素
删除指定元素值的元素，时间复杂度为O(n)。
/**
* Removes the first occurrence of the specified element from this list,
* if it is present. If the list does not contain the element, it is
* unchanged. More formally, removes the element with the lowest index
* <tt>i</tt> such that
* <tt>(o==null ? get(i)==null : o.equals(get(i)))</tt>
* (if such an element exists). Returns <tt>true</tt> if this list
* contained the specified element (or equivalently, if this list
* changed as a result of the call).
* 删除指定元素值的元素，时间复杂度为O(n)。
* * @param o element to be removed from this list, if present
* 要从此列表中删除的元素（如果存在的话）
* @return <tt>true</tt> if this list contained the specified element
*/
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
// 遍历整个数组，找到元素第一次出现的位置，并将其快速删除
for (int index = 0; index < size; index++)
// 如果要删除的元素为null，则以null进行比较，使用==
if (elementData[index] == null) {
fastRemove(index);
return true;
}
} else {
// 遍历整个数组，找到元素第一次出现的位置，并将其快速删除
for (int index = 0; index < size; index++)
// 如果要删除的元素不为null，则进行比较，使用equals()方法
if (o.equals(elementData[index])) {
fastRemove(index);
return true;
}
}
return false;
}
/*
* Private remove method that skips bounds checking and does not
* return the value removed.
* 专用的remove方法，跳过边界检查，并且不返回删除的值。
*/
private void fastRemove(int index) {
// 少了一个越界的检查
modCount++;
// 如果index不是最后一位，则将index之后的元素往前挪一位
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index,
numMoved);
// 将最后一个元素删除，帮助GC
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
}
执行流程：
- 找到第一个等于指定元素值的元素；
- 快速删除；
fastRemove(int index)相对于remove(int index)少了检查索引越界的操作，可见jdk将性能优化到极致。
retainAll(Collection c)求两个集合的交集
/**
* 求两个集合的交集
* Retains only the elements in this list that are contained in the
* specified collection. In other words, removes from this list all
* of its elements that are not contained in the specified collection.
* * @param c collection containing elements to be retained in this list
* @return {@code true} if this list changed as a result of the call
* @throws ClassCastException if the class of an element of this list
* is incompatible with the specified collection
* (<a href="Collection.html#optional-restrictions">opti
* @throws NullPointerException if this list contains a null element and the
* specified collection does not permit null elements
* (<a href="Collection.html#optional-restrictions">opti
* or if the specified collection is null
* @see Collection#contains(Object)
*/
public boolean retainAll(Collection<?> c) {
// 集合c不能为null
Objects.requireNonNull(c);
// 调用批量删除方法，这时complement传入true，表示删除不包含在c中的元素
return batchRemove(c, true);
}
/**
* 批量删除元素
* complement为true表示删除c中不包含的元素
* complement为false表示删除c中包含的元素
* @param c
* @param complement
* @return
*/
private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement) {
final Object[] elementData = this.elementData;
/**
* 使用读写两个指针同时遍历数组
* 读指针每次自增1，写指针放入元素的时候才加1
* 这样不需要额外的空间，只需要在原有的数组上操作就可以了
*/
int r = 0, w = 0;
boolean modified = false;
try {
// 遍历整个数组，如果c中包含该元素，则把该元素放到写指针的位置（以complement为准）
for (; r < size; r++)
if (c.contains(elementData[r]) == complement)
elementData[w++] = elementData[r];
} finally {
// 正常来说r最后是等于size的，除非c.contains()抛出了异常
if (r != size) {
// 如果c.contains()抛出了异常，则把未读的元素都拷贝到写指针之后
System.arraycopy(elementData, r,
elementData, w,
size - r);
w += size - r;
}
if (w != size) {
// 将写指针之后的元素置为空，帮助GC
for (int i = w; i < size; i++)
elementData[i] = null;
modCount += size - w;
// 新大小等于写指针的位置（因为每写一次写指针就加1，所以新大小正好等于写指针的位置）
size = w;
modified = true;
}
}
// 有修改返回true
return modified;
}
执行流程：
- 遍历elementData数组；
- 如果元素在c中，则把这个元素添加到elementData数组的w位置并将w位置往后移一位；
- 遍历完之后，w之前的元素都是两者共有的，w之后（包含）的元素不是两者共有的；
- 将w之后（包含）的元素置为null，方便GC回收；
removeAll(Collection c)求两个集合的单方向差集
求两个集合的单方向差集，只保留当前集合中不在c中的元素，不保留在c中不在当前集体中的元素。
/**
* Removes from this list all of its elements that are contained in the
* specified collection.
* 从此集合中删除指定的集合中包含的所有元素。
*
* @param c collection containing elements to be removed from this list
* @return {@code true} if this list changed as a result of the call
* @throws ClassCastException if the class of an element of this list
* is incompatible with the specified collection
* (<a href="Collection.html#optional-restrictions">optional</a>)
* @throws NullPointerException if this list contains a null element and the
* specified collection does not permit null elements
* (<a href="Collection.html#optional-restrictions">optional</a>),
* or if the specified collection is null
* @see Collection#contains(Object)
*/
public boolean removeAll(Collection<?> c) {
// 集合c不能为空
Objects.requireNonNull(c);
// 同样调用批量删除方法，这时complement传入false，表示删除包含在c中的元素
return batchRemove(c, false);
}
与retainAll(Collection c)方法类似，只是这里保留的是不在c中的元素。
\
6.扩展知识
ArrayList所使用的toString()方法分析：
我们都知道ArrayList集合是可以直接使用toStrin()方法的，那么我们来挖一下ArrayList的toString方法如何实现的：
在ArrayList源码中并没有直接的toString()方法，我们需要到其父类AbstractList的父类AbstractCollection中寻找：
/**
* Returns a string representation of this collection. The string
* representation consists of a list of the collection's elements in the
* order they are returned by its iterator, enclosed in square brackets
* (<tt>"[]"</tt>). Adjacent elements are separated by the characters
* <tt>", "</tt> (comma and space). Elements are converted to strings as
* by {@link String#valueOf(Object)}.
*
* @return a string representation of this collection
*/
public String toString() {
Iterator<E> it = iterator();// 获取迭代器
if (! it.hasNext())//如果为空直接返回
return "[]";
// StringBuilder进行字符串拼接
StringBuilder sb = new StringBuilder();
sb.append('[');
for (;;) {// 无限循环 == while(true)
E e = it.next();// 迭代器 next方法取元素，并将光标后移
sb.append(e == this ? "(this Collection)" : e);// 三元判断
if (! it.hasNext())
return sb.append(']').toString();// 没有元素了，则拼接右括号
sb.append(',').append(' ');// 还有元素存在
}
}
<br>
### 7. **总结**
（1）ArrayList内部使用数组存储元素，当数组长度不够时进行扩容，每次加一半的空间，ArrayList不会进行缩容；
（2）ArrayList支持随机访问，通过索引访问元素极快，时间复杂度为O(1)；
（3）ArrayList添加元素到尾部极快，平均时间复杂度为O(1)；
（4）ArrayList添加元素到中间比较慢，因为要搬移元素，平均时间复杂度为O(n)；
（5）ArrayList从尾部删除元素极快，时间复杂度为O(1)；
（6）ArrayList从中间删除元素比较慢，因为要搬移元素，平均时间复杂度为O(n)；
（7）ArrayList支持求并集，调用addAll(Collection c)方法即可；
（8）ArrayList支持求交集，调用retainAll(Collection c)方法即可；
（7）ArrayList支持求单向差集，调用removeAll(Collection c)方法即可；
<br>
>答疑问题：
**elementData设置成了transient，那ArrayList是怎么把元素序列化的呢**？
```java
/**
* Save the state of the <tt>ArrayList</tt> instance to a stream (that
* is, serialize it).
* 将<tt> ArrayList </ tt>实例的状态保存到流中（即，对其进行序列化）
*
* @serialData The length of the array backing the <tt>ArrayList</tt>
* instance is emitted (int), followed by all of its elements
* (each an <tt>Object</tt>) in the proper order.
*/
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
throws java.io.IOException {
// 防止序列化期间有修改
int expectedModCount = modCount;
// 写出非transient非static属性（会写出size属性）
s.defaultWriteObject();
// 写出元素个数
s.writeInt(size);
// 依次写出元素
for (int i = 0; i < size; i++) {
s.writeObject(elementData[i]);
}
// 如果有修改，抛出异常
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
/**
* Reconstitute the <tt>ArrayList</tt> instance from a stream (that is,
* deserialize it).
* 从流中重构<tt> ArrayList </ tt>实例（即,反序列化）
*/
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
// 声明为空数组
elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
// 读入非transient非static属性（会读取size属性）
s.defaultReadObject();
// 读入元素个数，没什么用，只是因为写出的时候写了size属性，读的时候也要按顺序来读
s.readInt(); // ignored
if (size > 0) {
// 计算容量
int capacity = calculateCapacity(elementData, size);
SharedSecrets.getJavaOISAccess().checkArray(s, Object[].class, capacity);
// 检查是否需要扩容
ensureCapacityInternal(size);
Object[] a = elementData;
// 依次读取元素到数组中
for (int i = 0; i < size; i++) {
a[i] = s.readObject();
}
}
}
查看writeObject()方法可知，先调用s.defaultWriteObject()方法，再把size写入到流中，再把元素一个一个的写入到流中。
一般地，只要实现了Serializable接口即可自动序列化，writeObject()和readObject()是为了自己控制序列化的方式，这两个方法必须声明为private，在java.io.ObjectStreamClass#getPrivateMethod()方法中通过反射获取到writeObject()这个方法。
在ArrayList的writeObject()方法中先调用了s.defaultWriteObject()方法，这个方法是写入非static非transient的属性，在ArrayList中也就是size属性。同样地，在readObject()方法中先调用了s.defaultReadObject()方法解析出了size属性。
elementData定义为transient的优势，自己根据size序列化真实的元素，而不是根据数组的长度序列化元素，减少了空间占用。
7.ArrayList相关面试题
7.1 ArrayList如何扩容？
第一次扩容10，以后每次都扩容原容量的1.5倍，扩容通过位运算右移动1位。
7.2 ArrayList 频繁扩容导致添加性能急剧下降，如何处理？
直接上代码：
@Test
public void test06() {
// ArrayList 频繁扩容导致添加性能急剧下降，如何处理？
// 案例如下：
ArrayList arrayList = new ArrayList();
long startTime = System.currentTimeMillis();
// 添加100w条数据到集合中
for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
arrayList.add(i);
}
long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("优化之前，添加100万条数据用时：" + (endTime - startTime));
System.out.println("---------------下边是解决方案：------------------");
ArrayList arrayList2 = new ArrayList(1000000);
startTime = System.currentTimeMillis();
// 添加100w条数据到集合中
for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
arrayList2.add(i);
}
endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("优化之后，添加100万条数据用时：" + (endTime - startTime));
}
输出结果：
优化之前，添加10万条数据用时：58
---------------下边是解决方案：------------------
优化之后，添加10万条数据用时：13
可以看出，如果在大量数据需要添加到集合中的时候，提前定义ArrayList集合的初始容量，从而不用花费大量时间在自动扩容上
7.3 ArrayList插入或删除元素是否一定比LinkedList慢？
从二者底层数据结构上来说：
- ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构
- LinkedList基于链表的数据结构。
效率对比：
- 首部插入：LinkedList首部插入数据很快，因为只需要修改插入元素前后节点的prev值和next值即可。ArrayList首部插入数据慢，因为数组复制的方式移位耗时多。
- 中间插入：LinkedList中间插入数据慢，因为遍历链表指针（二分查找）耗时多；ArrayList中间插入数据快，因为定位插入元素位置的速度快，移位操作的元素没那么多。
- 尾部插入：LinkedList尾部插入数据慢，因为遍历链表指针（二分查找）耗时多；ArrayList尾部插入数据快，为定位插入元素位置的速度快，插入后移位操作的数据量少；
总结：
- 在集合里面插入元素速度比对结果是：首部插入，LinkedList更快；中间和尾部插入，ArrayList更快；
- 在集合里面删除元素类似，首部删除，LinkedList更快；中间删除和尾部删除，ArrayList更快；
因此，数据量不大的集合，主要进行插入、删除操作，建议使用LinkedList；数据量大的集合，使用ArrayList就可以了，不仅查询速度快，并且插入和删除效率也相对较高。
7.4 ArrayList 是线程安全的吗？
答案肯定是否的，我们来看一个例子：
首先新建一个线程任务类：
/**
* @Auther: csp1999
* @Date: 2020/10/29/18:25
* @Description: 线程任务类
*/
public class CollectionTask implements Runnable {
// 共享集合
private List<String> list;
public CollectionTask(List<String> list){
this.list = list;
}
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(50);
}catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
// 把当前线程名字加入到集合中
list.add(Thread.currentThread().getName());
}
}
接下来进行测试：
/**
* @Auther: csp1999
* @Date: 2020/10/29/18:28
* @Description: ArrayList 线程安全性测试类
*/
public class Test01 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 创建集合
List<String> list = new ArrayList<>();
// 创建线程任务
CollectionTask collectionTask = new CollectionTask(list);
// 开启50条线程
for (int i = 0; i < 50; i++) {
new Thread(collectionTask).start();
}
// 确保子线程执行完毕
Thread.sleep(3000);
/**
* 如果ArrayList是线程安全的，则遍历集合可以得到50条数据，
* 打印集合长度为50
* 否则说明其不是线程安全的！
*/
// 遍历集合
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
System.out.println(list.get(i));
}
System.out.println("-------------------------------------");
System.out.println("集合长度："+list.size());
}
}
测试结果：
null
null
null
Thread-0
Thread-4
Thread-6
Thread-2
Thread-17
Thread-18
Thread-15
Thread-16
Thread-10
Thread-13
Thread-12
Thread-9
Thread-11
Thread-27
Thread-28
Thread-25
Thread-29
Thread-24
Thread-21
Thread-26
Thread-22
Thread-23
Thread-20
Thread-40
Thread-37
Thread-39
Thread-38
Thread-41
Thread-35
Thread-34
null
Thread-31
Thread-33
Thread-32
Thread-49
Thread-46
Thread-47
Thread-48
Thread-43
Thread-42
Thread-45
Thread-44
-------------------------------------
集合长度：45
Process finished with exit code 0
因此，得出结论，ArrayList并不是线程安全的集合！如果需要保证线程安全，建议使用Vector集合，其是线程安全的，但是相对于ArrayList来说，效率比较低。
而Vector相对于ArrayList之所以是线程安全的，就在于其add()为集合添加元素的方法：
// 可以看出Vector的add方法加上了synchronized 同步关键字
public synchronized void addElement(E obj) {
modCount++;
ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
elementData[elementCount++] = obj;
}
除了Vector集合外，还可以使用为如下方式
List<String> list = new ArrayList<>();
List<String> synchronizedList = Collections.synchronizedList(list);
这样得到的synchronizedList也是线程安全的！
注意：什么情况下不用给ArrayList加同步锁呢？
- 第一，在单线程情况下不需要加锁，为效率问题考虑！
- 第二，当ArrayList作为局部变量的时候不需要加锁，因为局部变量属于某一线程，而我们上述例子中是吧ArrayList作为成员变量来使用，成员变量的集合是需要被所有线程共享的，这是需要加锁！
7.5 如何复制某个ArrayList到另外一个ArrayList中去呢？你能列举几种？
- 使用clone()方法，因为ArrayList实现了Cloneable接口，可以被克隆
- 使用ArrayList构造方法，
ArrayList(Collection<? extends E> c) - 使用
addAll(Collection<? extends E> c)方法 - 自己写循环去一个一个add()
7.6 ArrayList如何做到并发修改，而不出现并发修改异常？
问题：已知成员变量集合存储N多用户名称，在多线程的环境下，使用迭代器在读取集合数据的同时，如何保证还可以正常的写入数据到集合？
新建一个线程任务类：
/**
* @Auther: csp1999
* @Date: 2020/10/29/19:07
* @Description: 线程任务类，使用ArrayList在多线程环境下，修改集合数据，
* 且不出现并发修改异常
*/
public class CollectionThread implements Runnable{
private static ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
static {
list.add("Jack");
list.add("Amy");
list.add("Lucy");
}
@Override
public void run() {
for (String value : list){
System.out.println(value);
// 在读取数据的同时又向集合写入数据
list.add("Coco");// 会出现并发修改异常
}
}
}
测试在多线程条件下读取共享集合数据的同时向其写入：
/**
* @Auther: csp1999
* @Date: 2020/10/29/19:10
* @Description: 面试问题：
* 已知成员变量集合存储N多用户名称，在多线程的环境下，使用迭代器在读取集合数据的同时，
* 如何保证还可以正常的写入数据到集合？
*/
public class Test03 {
public static void main(String[] args) {
// 创建线程任务
CollectionThread collectionThread = new CollectionThread();
// 开启10条线程
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(collectionThread).start();
}
}
}
测试结果：
Jack
Jack
Jack
Jack
Jack
Jack
Jack
Jack
Jack
Jack
Exception in thread "Thread-0" Exception in thread "Thread-1" Exception in thread "Thread-4" Exception in thread "Thread-5" Exception in thread "Thread-8" java.util.ConcurrentModificationException
at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:909)
at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:859)
at com.haust.list.CollectionThread.run(CollectionThread.java:21)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
Exception in thread "Thread-9" java.util.ConcurrentModificationException
at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:909)
at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:859)
at com.haust.list.CollectionThread.run(CollectionThread.java:21)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
Exception in thread "Thread-2" java.util.ConcurrentModificationException
at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:909)
at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:859)
at com.haust.list.CollectionThread.run(CollectionThread.java:21)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
java.util.ConcurrentModificationException
at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:909)
at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:859)
at com.haust.list.CollectionThread.run(CollectionThread.java:21)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
java.util.ConcurrentModificationException
at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:909)
at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:859)
at com.haust.list.CollectionThread.run(CollectionThread.java:21)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
java.util.ConcurrentModificationException
at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:909)
at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:859)
at com.haust.list.CollectionThread.run(CollectionThread.java:21)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
java.util.ConcurrentModificationException
at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:909)
at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:859)
at com.haust.list.CollectionThread.run(CollectionThread.java:21)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
Exception in thread "Thread-7" Exception in thread "Thread-6" java.util.ConcurrentModificationException
at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:909)
at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:859)
at com.haust.list.CollectionThread.run(CollectionThread.java:21)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
Exception in thread "Thread-3" java.util.ConcurrentModificationException
at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:909)
at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:859)
at com.haust.list.CollectionThread.run(CollectionThread.java:21)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
java.util.ConcurrentModificationException
at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:909)
at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:859)
at com.haust.list.CollectionThread.run(CollectionThread.java:21)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
出现并发修改异常，为解决此问题呢，java引入了一个可以保证读和写都是线程安全的集合(读写分离集合)：CopyOnWriteArrayList
所以解决方案就是：
...
// private static ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
// 使用读写分离集合替换掉原来的ArrayList
private static CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<String>();
static {
list.add("Jack");
list.add("Amy");
list.add("Lucy");
}
@Override
public void run() {
for (String value : list){
System.out.println(value);
// 在读取数据的同时又向集合写入数据
list.add("Coco");// 会出现并发修改异常
}
}
成功解决并发修改异常！
7.7 ArrayList和LinkedList 的区别？
-
ArrayList
- 基于动态数组的数据结构
- 对于随机访问的get和set，其效率优于LinkedList
- 对于随机操作的add和remove，ArrayList不一定比LinkedList慢(ArrayList底层由于是动态数组，因此并不是每一次add和remove都需要创建新数组)
-
LinkedList
- 基于链表的数据结构
- 对于顺序操作，LinkedList 不一定比ArrayList慢
- 对于随机操作，LinkedList 效率明显低于LinkedList
