Java ArrayList.add 的实现方法

ArrayList是平时相当常用的List实现, 其中boolean add(E e) 的实现比较直接:

/**
 * Appends the specified element to the end of this list.
 *
 * @param e element to be appended to this list
 * @return <tt>true</tt> (as specified by {@link Collection#add})
 */
public boolean add(E e) {
  ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
  elementData[size++] = e;
  return true;
}

有时候也使用 void add(int index, E element) 把元素插入到指定的index上. 在JDK中的实现是:

/**
 * 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).
 *
 * @param index index at which the specified element is to be inserted
 * @param element element to be inserted
 * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
 */
public void add(int index, E element) {
  rangeCheckForAdd(index);

  ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
  System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
           size - index);
  elementData[index] = element;
  size++;
}

略有差别, 需要保证当前elementData 数组容量够用, 然后把从index处一直到尾部的数组元素都向后挪一位. 最后把要插入的元素赋给数组的index处.

一直以来, 我都认为 System.arraycopy 这个native方法, 它的c++实现是调用底层的memcpy, 直接方便, 效率也没问题.

但今天看了openJDK的源码发现并非如此.

以openJDK8u60 为例, 在objArrayKlass.cpp中:

void ObjArrayKlass::copy_array(arrayOop s, int src_pos, arrayOop d,
                int dst_pos, int length, TRAPS) {
 assert(s->is_objArray(), "must be obj array");

 if (!d->is_objArray()) {
  THROW(vmSymbols::java_lang_ArrayStoreException());
 }

 // Check is all offsets and lengths are non negative
 if (src_pos < 0 || dst_pos < 0 || length < 0) {
  THROW(vmSymbols::java_lang_ArrayIndexOutOfBoundsException());
 }
 // Check if the ranges are valid
 if ( (((unsigned int) length + (unsigned int) src_pos) > (unsigned int) s->length())
   || (((unsigned int) length + (unsigned int) dst_pos) > (unsigned int) d->length()) ) {
  THROW(vmSymbols::java_lang_ArrayIndexOutOfBoundsException());
 }

 // Special case. Boundary cases must be checked first
 // This allows the following call: copy_array(s, s.length(), d.length(), 0).
 // This is correct, since the position is supposed to be an 'in between point', i.e., s.length(),
 // points to the right of the last element.
 if (length==0) {
  return;
 }
 if (UseCompressedOops) {
  narrowOop* const src = objArrayOop(s)->obj_at_addr<narrowOop>(src_pos);
  narrowOop* const dst = objArrayOop(d)->obj_at_addr<narrowOop>(dst_pos);
  do_copy<narrowOop>(s, src, d, dst, length, CHECK);
 } else {
  oop* const src = objArrayOop(s)->obj_at_addr<oop>(src_pos);
  oop* const dst = objArrayOop(d)->obj_at_addr<oop>(dst_pos);
  do_copy<oop> (s, src, d, dst, length, CHECK);
 }
}

可以看到copy_array在做了各种检查之后, 最终copy的部分在do_copy方法中, 而这个方法实现如下:

// Either oop or narrowOop depending on UseCompressedOops.
template <class T> void ObjArrayKlass::do_copy(arrayOop s, T* src,
                arrayOop d, T* dst, int length, TRAPS) {

 BarrierSet* bs = Universe::heap()->barrier_set();
 // For performance reasons, we assume we are that the write barrier we
 // are using has optimized modes for arrays of references. At least one
 // of the asserts below will fail if this is not the case.
 assert(bs->has_write_ref_array_opt(), "Barrier set must have ref array opt");
 assert(bs->has_write_ref_array_pre_opt(), "For pre-barrier as well.");

 if (s == d) {
  // since source and destination are equal we do not need conversion checks.
  assert(length > 0, "sanity check");
  bs->write_ref_array_pre(dst, length);
  Copy::conjoint_oops_atomic(src, dst, length);
 } else {
  // We have to make sure all elements conform to the destination array
  Klass* bound = ObjArrayKlass::cast(d->klass())->element_klass();
  Klass* stype = ObjArrayKlass::cast(s->klass())->element_klass();
  if (stype == bound || stype->is_subtype_of(bound)) {
   // elements are guaranteed to be subtypes, so no check necessary
   bs->write_ref_array_pre(dst, length);
   Copy::conjoint_oops_atomic(src, dst, length);
  } else {
   // slow case: need individual subtype checks
   // note: don't use obj_at_put below because it includes a redundant store check
   T* from = src;
   T* end = from + length;
   for (T* p = dst; from < end; from++, p++) {
    // XXX this is going to be slow.
    T element = *from;
    // even slower now
    bool element_is_null = oopDesc::is_null(element);
    oop new_val = element_is_null ? oop(NULL)
                   : oopDesc::decode_heap_oop_not_null(element);
    if (element_is_null ||
      (new_val->klass())->is_subtype_of(bound)) {
     bs->write_ref_field_pre(p, new_val);
     *p = element;
    } else {
     // We must do a barrier to cover the partial copy.
     const size_t pd = pointer_delta(p, dst, (size_t)heapOopSize);
     // pointer delta is scaled to number of elements (length field in
     // objArrayOop) which we assume is 32 bit.
     assert(pd == (size_t)(int)pd, "length field overflow");
     bs->write_ref_array((HeapWord*)dst, pd);
     THROW(vmSymbols::java_lang_ArrayStoreException());
     return;
    }
   }
  }
 }
 bs->write_ref_array((HeapWord*)dst, length);
}

可以看到, 在设定了heap barrier之后, 元素是在for循环中被一个个挪动的. 做的工作比我想象的要多.

如果有m个元素, 按照给定位置, 使用ArrayList.add(int,E)逐个插入到一个长度为n的ArrayList中, 复杂度应当是O(m*n), 或者O(m*(m+n)), 所以, 如果m和n都不小的话, 效率确实是不高的.

效率高一些的方法是, 建立m+n长度的数组或ArrayList, 在给定位置赋值该m个要插入的元素, 其他位置依次赋值原n长度List的元素. 这样时间复杂度应当是O(m+n).

还有, 在前面的实现中, 我们可以看到有对ensureCapacityInternal(int) 的调用. 这个保证数组容量的实现主要在:

/**
 * Increases the capacity to ensure that it can hold at least the
 * number of elements specified by the minimum capacity argument.
 *
 * @param minCapacity the desired minimum capacity
 */
private void grow(int minCapacity) {
  // overflow-conscious code
  int oldCapacity = elementData.length;
  int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
  if (newCapacity - minCapacity < 0)
    newCapacity = minCapacity;
  if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
    newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
  // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
  elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

大家知道由于效率原因, ArrayList容量增长不是正好按照要求的容量minCapacity来设计的, 新容量计算的主要逻辑是: 如果要求容量比当前容量的1.5倍大, 就按照要求容量重新分配空间; 否则按当前容量1.5倍增加. 当然不能超出Integer.MAX_VALUE了. oldCapacity + (oldCapacity >> 1) 实际就是当前容量1.5倍, 等同于(int) (oldCapacity * 1.5), 但因这段不涉及浮点运算只是移位, 显然效率高不少.

所以如果ArrayList一个一个add元素的话, 容量是在不够的时候1.5倍增长的. 关于1.5这个数字, 或许是觉得2倍增长太快了吧. 也或许有实验数据的验证支撑.

关于这段代码中出现的Arrays.copyOf这个方法, 实现的是重新分配一段数组, 把elementData赋值给新分配的空间, 如果新分配的空间大, 则后面赋值null, 如果分配空间比当前数组小则截断. 底层还是调用的System.arraycopy.

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持我们。

(0)

相关推荐

  • java 集合之实现类ArrayList和LinkedList的方法

    List 的方法列表 方法名 功能说明 ArrayList() 构造方法,用于创建一个空的数组列表 add(E e) 将指定的元素添加到此列表的尾部 get(int index) 返回此列表中指定位置上的元素 size() 返回此列表中的元素数 clear() 移除此列表中的所有元素 isEmpty() 如果此列表中没有元素,则返回true remove(int index) 移除此列表中指定位置上的元素 indextof(Object o) 返回此列表中首次出现的指定元素的索引,或如果此列表不

  • Java ArrayList add(int index, E element)和set(int index, E element)两个方法的说明

    一般使用List集合,估计都是使用这个ArrayList,一般呢也就是简单遍历数据和存储数据. 很少使用到add(int index, E element)和set(int index, E element)两个方法. 这两个方法,乍一看,就是在指定的位置插入一条数据. 区别: set()是更新,更新指定下标位置的值. add()是添加,区别于一般的add(E e),这个就是有个位置的概念,特殊位置之后的数据,依次往后移动就是了. 然后,看下面代码.来看看陷阱. 就算是,你知道了上面的内容,也不

  • Java针对ArrayList自定义排序的2种实现方法

    本文实例讲述了Java针对ArrayList自定义排序的2种实现方法.分享给大家供大家参考,具体如下: Java中实现对list的自定义排序主要通过两种方式 1)让需要进行排序的对象的类实现Comparable接口,重写compareTo(T o)方法,在其中定义排序规则,那么就可以直接调用Collections.sort()来排序对象数组 public class Student implements Comparable{ private int id; private int age; p

  • 详解Java中ArrayList类

    ArratList 类:存放同一数据类型容器(只能为引用数据类型,因实际其内部存放的是地址) 1.导入其所在包 import java.util.ArratList 2.创建对象 ArrayList<E> 对象名=new ArrayList<>(); E:泛型数据类型,指定对象名中存放指定类型的数据,不可省略,需为引用数据类型 3.使用 即对象名.方法(参数可能有可能无) 注意:当打印对象名时,非地址,而是一个如同python中列表一般,存放的是各个数据[元素1,元素2],若无数据

  • java实现ArrayList根据存储对象排序功能示例

    本文实例讲述了java实现ArrayList根据存储对象排序功能.分享给大家供大家参考,具体如下: 与c++中的qsort的实现极为相似,构建新的比较对象Comparator即可 package demo; import java.util.ArrayList; import java.util.Collections; import java.util.Comparator; class Stu{ public int age; private String name; public Stu(

  • Java中Arraylist动态扩容方法详解

    前言 本文主要给大家介绍了关于Java中Arraylist动态扩容的相关内容,分享出来供大家参考学习,下面话不多说了,来一起看看详细的介绍吧. ArrayList 概述 ArrayList是基于数组实现的,是一个动态数组,其容量能自动增长.ArrayList不是线程安全的,只能用在单线程环境下.实现了Serializable接口,因此它支持序列化,能够通过序列化传输:实现了RandomAccess接口,支持快速随机访问,实际上就是通过下标序号进行快速访问:实现了Cloneable接口,能被克隆.

  • Java ArrayList.add 的实现方法

    ArrayList是平时相当常用的List实现, 其中boolean add(E e) 的实现比较直接: /** * Appends the specified element to the end of this list. * * @param e element to be appended to this list * @return <tt>true</tt> (as specified by {@link Collection#add}) */ public boole

  • Java ArrayList的底层实现方法

    如下所示: package com.soto.collection; /** * 自己实现一个ArrayList,帮助我们更好地理解ArrayList的底层结构; * @author 王 * */ public class SxtArrayList { private Object[] elementData; private int size; public int size(){ return size; } public boolean isEmpty(){ return size ==

  • java ArrayList中的remove方法介绍

    先看一段代码,看看自定义的ArrayList中的remove设计是否有问题. public class MyArrayList { private Object[] mData = new Object[0]; private int mSize = 0; // 删除第i个元素 public void remove(int i) { if (i < 0 || i >= mSize) return; for (int index = i; index < mSize - 1; index+

  • Java ArrayList的不同排序方法

    由于其功能性和灵活性,ArrayList是 Java 集合框架中使用最为普遍的集合类之一.ArrayList 是一种 List 实现,它的内部用一个动态数组来存储元素,因此 ArrayList 能够在添加和移除元素的时候进行动态的扩展和缩减.你可能已经使用过 ArrayList,因此我将略过基础部分.如果你对 ArrayList 还不熟悉,你可以参考它的 API 文档,可以很容易理解在 ArrayList 上执行基本的操作. 在这篇文章中,我将讨论 ArrayList 中一种极其重要的操作,你很

  • java arrayList遍历的四种方法及Java中ArrayList类的用法

    java arrayList遍历的四种方法及Java中ArrayList类的用法 package com.test; import java.util.ArrayList; import java.util.Iterator; import java.util.List; public class ArrayListDemo { public static void main(String args[]){ List<String> list = new ArrayList<String

  • Java ArrayList.toArray(T[]) 方法的参数类型是 T 而不是 E的原因分析

    前两天给同事做 code review,感觉自己对 Java 的 Generics 掌握得不够好,便拿出 <Effective Java>1 这本书再看看相关的章节.在 Item 24:Eliminate unchecked warnings 这一节中,作者拿 ArrayList 类中的 public <T> T[] toArray(T[] a) 方法作为例子来说明如何对变量使用 @SuppressWarnings annotation. ArrayList 是一个 generic

  • 基于JSON和java对象的互转方法

    先说下我自己的理解,一般而言,JSON字符串要转为java对象需要自己写一个跟JSON一模一样的实体类bean,然后用bean.class作为参数传给对应的方法,实现转化成功. 上述这种方法太麻烦了.其实有一种东西叫jsonObject可以直接不用新建实体类bean,而实现转化,先说org.json.JSONObject这个JSONObject,贴上代码: import java.beans.IntrospectionException; import java.beans.Introspect

  • java实现mp3合并的方法

    本文实例讲述了java实现mp3合并的方法.分享给大家供大家参考.具体实现方法如下: 复制代码 代码如下: package test; import java.io.*; import java.util.*; public class Test6 {     public static void main(String[] args) throws Exception     {         String s = "D:/out.mp3"; // 输出目录 & 文件名  

随机推荐