天天看點

Debug ArrayList

1,ArrayList面試必問

  • 說說ArrayList和LinkedList的差別?

ArrayList基于數組實作,LinkedList基于連結清單實作,不同的資料結構決定了ArrayList查詢效率比較高,而LinkedList插入删除效率比較高,反過來就比較慢了。

  • ArrayList預設初始容量為多少?按照幾倍來擴容?

10,1.5倍。

  • 說說數組擴容的原理?

ArrayList擴容調用的是Array.copyof函數,把老數組周遊指派給新數組傳回。

  • 說說ArrayList常見方法的時間複雜度?
    • get方法通過下标擷取元素,時間複雜度為O(1)
    • add方法直接添加會添加到集合的尾部,時間複雜度為O(1)
    • add方法通過下标添加到非尾部會引起數組的批量移動,時間複雜度為O(n),否則為O(1)
    • remove方法通過下标删除非尾部元素引起數組批量移動,時間複雜度為O(n),反之則為O(1)
    • remove方法根據對象删除需要周遊集合,時間複雜度為O(n),如果删除的為非尾部元素,會使數組批量移動,時間複雜度為O(n^2)

總之,通過下标操作的時間複雜度為O(1),如果觸發了數組的批量移動,時間複雜度為O(n),如果通過對象操作需要周遊集合,時間複雜度已經為O(n),若同時觸發了數組的移動,時間複雜度為O(n^2).

  • ArrayList和vector的差別
    • 最大的差別在于線程是否安全
    • 其次Vector是兩倍擴容
    • 最後就是在不指定大小的情況下,ArrayList容量初始化是在添加元素的時候,而Vector有一個無參構造器直接初始化為10

2,Debug ArrayList源碼

由于1.7和1.8幾乎沒什麼變化,本文以jdk1.8為例。

2.1 用Debug分析一個元素是如何add進ArrayList

編寫測試用例,打上斷點:

Debug ArrayList

先分析構造函數如何初始化,關鍵步驟如下:

Debug ArrayList

elementData是ArraList底層數組的實作,(ps:hashMap數組使用table命名)

Debug ArrayList

DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA表示預設的空數組,也就是說ArrayList在構造函數初始化時并不會進行底層數組的初始化。

Debug ArrayList

給元素的添加打上斷點,分析過程:

Debug ArrayList

進入add方法内部:

public boolean add(E e) {
        //確定内部容量,在元素添加進來前可能要進行擴容操作,size初始化為0,表示集合的長度
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        //添加元素,size自增
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }           

進入ensureCapacityInternal方法内部:此時elementData為空,size+1=minCapacity=1

ensureExplicitCapacity:確定明确的能力           
Debug ArrayList

計算容量,calculateCapacity方法:

private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
    //判斷數組是否為空,若為空,傳回預設容量和最小容量的最大值,若不為空,傳回最小容量
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }
    return minCapacity;
}           

DEFAULT_CAPACITY預設容量為10:

Debug ArrayList

繼續分析,進入:

ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));此時參數為10,也就是ArrayList的預設容量           
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;   //集合的修改次數

    //如果最小容量減去數組長度大于0,進行擴容,此時最小容量為10,數組長度為0
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        grow(minCapacity);
}           

核心擴容函數grow:(ps:HashMap中擴容函數為resize)

private void grow(int minCapacity) {
    //oldCapacity:舊數組容量
    int oldCapacity = elementData.length;
   
   //新容量等于舊容量加上舊容量的一半,>>1相當于除以2(ArrayList擴容是1.5倍)
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    
    //新容量小于最小容量,則指派為最小容量,此時newCapacity等于0,minCapacity為10
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
        
    //MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    //指派給新數組
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}           

數組複制Arrays.copyOf:

Debug ArrayList
Debug ArrayList

2.2 用Debug分析如何通過數組下标擷取ArrayList元素

打上斷點,debug:

Debug ArrayList

首先進行範圍檢查,而後傳回元素

Debug ArrayList
Debug ArrayList

2.3 用Debug分析如何通過數組下标删除一個元素

打上斷點:

Debug ArrayList

進入remove方法内部,

public E remove(int index) {
         //下标範圍檢查
        rangeCheck(index);
        //修改次數自增
        modCount++;
        //保留目前删除元素的值,稍後傳回
        E oldValue = elementData(index);
        //需要移動元素的個數
        int numMoved = size - index - 1;
        if (numMoved > 0)
        //底層使用native方法,debug進不去。native方法:java調用其他語言的接口
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                             numMoved);
        //最後一位置空                     
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
        //傳回删除元素的值
        return oldValue;
    }           

2.4 用Debug分析如何通過對象删除一個元素

Debug ArrayList

進入remove方法:

public boolean remove(Object o) {
//如果對象為空,則周遊ArrayList集合
        if (o == null) {
            for (int index = 0; index < size; index++)
                if (elementData[index] == null) {
                    fastRemove(index);
                    return true;
                }
        } else {
        //不為空,也周遊
            for (int index = 0; index < size; index++)
                if (o.equals(elementData[index])) {
                    fastRemove(index);
                    return true;
                }
        }
        return false;
    }           

進入fastRemove方法:

private void fastRemove(int index) {
        modCount++;
        
        //numMoved:需要移動數組的個數
        int numMoved = size - index - 1;
        if (numMoved > 0)
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                             numMoved);
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its wrk
    }           

2.5 用Debug分析向數組中間添加元素

Debug ArrayList

進入add方法

public void add(int index, E element) {
    //下标範圍檢查
    rangeCheckForAdd(index);
    //確定容量大小
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    
    //移動數組位置
    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                     size - index);
    //指派給數組
    elementData[index] = element;
    //元素個數增加
    size++;
}           

關于System.arraycopy時間複雜度問題,在添加或者删除最後一個元素的時候不會觸發數組的複制機制,時間複雜度為O(1),若是添加到數組中間,由于會觸發數組的複制,時間複雜度為O(n)。對于删除元素同樣,根據數組下标删除的情況下,删除尾部元素是不會觸發數組的擴容機制的,若删除中間的元素,同樣會觸發數組的複制。若根據對象删除元素,由于本身周遊到對象的時間複雜度為O(n),删除元素後再對數組進行重組,是以時間複雜度為O(n^2)。