Java集合 - ArrayList的学习笔记 - 《Java 面试汇总》

ArrayList的继承和接口实现

ArrayList的继承和接口实现

1、ArrayList的简单介绍

ArrayList是一个动态数组队列，它可自动扩容，每次扩容大小为原来的1.5倍，初始的默认值为10
```
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
```

ArrayList底层是由Object数组构成
ArrayList是线程不安全的，如果想使用线程安全的Arraylist可使用Collections.synchronizedList(List l)函数
ArrayList对删除和添加(非两端)操作是具有昂贵时间花费的
ArrayList对访问元素操作所花费的时间是常数的

Tips

ArrayList建议使用情况

①适用于需要多次访问数据

②经常在末端添加元素

2、ArrayList的构造函数

ArrayList提供三种构造函数

①public ArrayList(int initialCapacity)

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);
    }
}
//声明的变量
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};  //默认为空

首先判断输入是初始值是否大于0，如果大于就直接开辟一个初始值大小的数组

如果等于0就直接把EMPTY_ELEMENTDATA的数组的地址赋予初始的elementData

②public ArrayList()

public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

当不填写初始值时，会直接把DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA的地址赋予初始的elementData

但是上面说初始值是10，但是这里并没有出现10，这是为什么呢？

这就不得不介绍另一个函数 确定内部容量函数

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }

扩容函数是Arraylist的基础，上面很很幸免的写到，如果elementData的地址为DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA的地址，就直接使用DEFAULT_CAPACITY（10）的容量

这里就很好解释了为什么ArrayList的初始默认值为10

③public ArrayList(Collection<? extends E> c)

public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
    elementData = c.toArray();
    if ((size = elementData.length) != 0) {
        // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
        if (elementData.getClass() != Object[].class)
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
    } else {
        // replace with empty array.
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
}

创建一个包含collection的ArrayList，这个构造方法不是很常用，着重介绍一下后面的通配符

Collection<? extends E> c

①必须是Collection类型的

② ? extends E , ? 代表着任意的，extends很好理解就是继承，这个E代表着和AyyayList相同的数据类型

大家回忆一下这个类一开始

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

这个这个E实际上是和ArrayList是相同的含义,必须是相同的数据类型

3、ArrayList的类继承关系

ArrayList的学习笔记 - 图1

首先根据继承关系，一层一层推到出Arraylist的继承情况

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

①首先继承了AbstractList这个抽象类

②实现了List，RandomAccess，Cloneable,和序列化接口(java.io.Serializable)

Tips

1、什么是RandomAccess

答：RandomAccess接口实际上是一个标志性接口，你实现了这个接口代表你具有随机访问数据的能力（既通过数组下标直接访问数据）由此可知LinkedList肯定不会实现这个接口，因为它无法通过下标访问

public interface RandomAccess {
    //RandomAccess，java源码里面什么都没有
}

2、Cloneable接口的作用

答：Cloneable接口也是一个标记性接口，实现这个接口代表着你可被clone，能够使用Object.clone()方法

public interface Cloneable {
    //和上面的随机访问接口一样，不具有任何代码
}

3、什么是序列化

答：

把对象转换为字节序列的过程称为对象的序列化。
把字节序列恢复为对象的过程称为对象的反序列化。
对象的序列化主要有两种用途：
1）把对象的字节序列永久地保存到硬盘上，通常存放在一个文件中；
2）在网络上传送对象的字节序列。

通俗的来说就是ArrayList内的数据可以保存在你的硬盘上

4、什么是List接口

我们打开List接口的源码

public interface List<E> extends Collection<E>

一上来展示的就是List接口继承与Collection接口，那我们再翻到Collection接口

public interface Collection<E> extends Iterable<E>

这时我们发现，怎么还有接口，那么继续往上翻

public interface Iterable<T>

这下终于没有接口了，舒服了。。。。

这时我们发现 Iterable迭代器接口是ArrayList的顶级父类，这三个接口继承到底让List接口获得了那些功能呢

①Iterable接口

public interface Iterator<E> {
     /**
     * Returns an iterator over elements of type {@code T}.
     *
     * @return an Iterator.
     */
    Iterator<T> iterator();
    // 1.8新增了两个方法，暂不讨论
}

上面的代码说明表示会返回一个Iterator类型的变量

Iterator是迭代器接口，这就表明获得了一个迭代器

所以说，Iterable使List接口获得了迭代器功能

②Collection接口


public interface Collection<E> extends Iterable<E> {
    // Query Operations
    int size();
    boolean isEmpty();
    boolean contains(Object o);
    Iterator<E> iterator();
    <T> T[] toArray(T[] a);
    boolean add(E e);
    boolean remove(Object o);
    boolean containsAll(Collection<?> c);
    boolean addAll(Collection<? extends E> c);
    boolean removeAll(Collection<?> c);
    boolean retainAll(Collection<?> c);
    void clear();
    boolean equals(Object o);
    int hashCode();
}

Collection是List和set接口的父类，他提供了操作数据的基本方法名称

由此可知Collection使得List获得了基本操作方法的名称

③List接口

List接口继承了上述两个接口的所有特性，但是List接口代表着的是有序的Collection接口

即它用某种特定的插入顺序来维护元素顺序。用户可以对列表中每个元素的插入位置进行精确地控制，同时可以根据元素的整数索引（在列表中的位置）访问元素，并搜索列表中的元素

5、什么是AbstractList抽象类

我们首先打开AbstractList抽象类的源码

public abstract class AbstractList<E> extends AbstractCollection<E> implements List<E>

到这里我们发现了一个我们熟悉的List接口，但是还没结束，继续翻

public abstract class AbstractCollection<E> implements Collection<E>

到这里呢，我们又见到了我们熟悉的Collection接口

那么问题来了，我们为什么要创建一个AbstractCollection抽象类呢？

在此呢，我们需要复习几个概念

①当一个类实现某一个接口时，必须要实现这个接口的所有方法

②当一个类继承某一个类时，可以重写也可以不重写父类的方法

③抽象类是具有抽象方法的类，有抽象方法的类一定是抽象类，没有抽象方法的类也可能是抽象类

④抽象类无法创建实例，必须被继承后重写抽象方法

答：当我们需要实现Collection接口时，我们必须重写Collection接口中的全部方法，而AbstractCollection则帮我们实习了大多数的方法，我们只需要重写其中的几个方法，即可完成Collection接口的使用

未实现的方法为

public abstract Iterator<E> iterator();
public abstract int size();

同理

public abstract class AbstractList<E> extends AbstractCollection<E> implements List<E>

在AbstractList抽象类中，实现了List的大多数方法，只剩下几个必须要子类实现的函数没有实现

比如add(), set(),remove(),还有size()

public void add(int index, E element) {
    throw new UnsupportedOperationException();
}

如不重写add()方法就会抛出异常

那么到目前为止，我们发现了AbstractList抽象类继承了AbstractCollection抽象类

①AbstractCollection抽象类完成了Collection接口的基本方法但还保留了抽象方法等待子类去重写实现

②AbstractList抽象类进一步完善了AbstractCollection抽象类的方法，使得其变成了表结构，也就是说数据开始有序起来，在几个关键函数中AbstractList强制子类重写方法不然会爆出异常