ArrayList是List接口的一个可变长数组实现。实现了所有List接口的操作,并允许存储null值。除了没有进行同步,ArrayList基本等同于Vector。在Vector中几乎对所有的方法都进行了同步,但ArrayList仅对writeObject和readObject进行了同步,其它比如add(Object)、remove(int)等都没有同步。
1.存储
ArrayList使用一个Object的数组存储元素。
private transient Object elementData[];
ArrayList实现了java.io.Serializable接口,这儿的transient标示这个属性不需要自动序列化。下面会在writeObject()方法中详细讲解为什么要这样作。
2.add和remove
public boolean add(Object o) {
ensureCapacity(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = o;
return true;
}
注意这儿的ensureCapacity()方法,它的作用是保证elementData数组的长度可以容纳一个新元素。在“自动变长机制”中将详细讲解。
public Object remove(int index) {
RangeCheck(index);
modCount++;
Object oldValue = elementData[index];
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
elementData[--size] = null; // Let gc do its work
return oldValue;
}
RangeCheck()的作用是进行边界检查。由于ArrayList采用一个对象数组存储元素,所以在删除一个元素时需要把后面的元素前移。删除一个元素时只是把该元素在elementData数组中的引用置为null,具体的对象的销毁由垃圾收集器负责。
modCount的作用将在下面的“iterator()中的同步”中说明。
注:在前移时使用了System提供的一个实用方法:arraycopy(),在本例中可以看出System.arraycopy()方法可以对同一个数组进行操作,这个方法是一个native方法,如果对同一个数组进行操作时,会首先把从源部分拷贝到一个临时数组,在把临时数组的元素拷贝到目标位置。
3.自动变长机制
在实例化一个ArrayList时,你可以指定一个初始容量。这个容量就是elementData数组的初始长度。如果你使用:
ArrayList list = new ArrayList();
则使用缺省的容量:10。
public ArrayList() {
this(10);
}
ArrayList提供了四种add()方法,
public boolean add(Object o)
public void add(int index, Object element)
public boolean addAll(Collection c)
public boolean addAll(int index, Collection c)
在每一种add()方法中,都首先调用了一个ensureCapacity(int miniCapacity)方法,这个方法保证elementData数组的长度不小于miniCapacity。ArrayList的自动变长机制就是在这个方法中实现的。
public void ensureCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
int oldCapacity = elementData.length;
if (minCapacity > oldCapacity) {
Object oldData[] = elementData;
int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;
if (newCapacity < minCapacity)
newCapacity = minCapacity;
elementData = new Object[newCapacity];
System.arraycopy(oldData, 0, elementData, 0, size);
}
}
从这个方法实现中可以看出ArrayList每次扩容,都扩大到原来大小的1.5倍。
每种add()方法的实现都大同小异,下面给出add(Object)方法的实现:
public boolean add(Object o) {
ensureCapacity(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = o;
return true;
}
4.iterator()中的同步
在父类AbstractList中定义了一个int型的属性:modCount,记录了ArrayList结构性变化的次数。
protected transient int modCount = 0;
在ArrayList的所有涉及结构变化的方法中都增加modCount的值,包括:add()、remove()、addAll()、removeRange()及clear()方法。这些方法每调用一次,modCount的值就加1。
注:add()及addAll()方法的modCount的值是在其中调用的ensureCapacity()方法中增加的。
AbstractList中的iterator()方法(ArrayList直接继承了这个方法)使用了一个私有内部成员类Itr,生成一个Itr对象(Iterator接口)返回:
public Iterator iterator() {
return new Itr();
}
Itr实现了Iterator()接口,其中也定义了一个int型的属性:expectedModCount,这个属性在Itr类初始化时被赋予ArrayList对象的modCount属性的值。
int expectedModCount = modCount;
注:内部成员类Itr也是ArrayList类的一个成员,它可以访问所有的AbstractList的属性和方法。理解了这一点,Itr类的实现就容易理解了。
在Itr.hasNext()方法中:
public boolean hasNext() {
return cursor != size();
}
调用了AbstractList的size()方法,比较当前光标位置是否越界。
在Itr.next()方法中,Itr也调用了定义在AbstractList中的get(int)方法,返回当前光标处的元素:
public Object next() {
try {
Object next = get(cursor);
checkForComodification();
lastRet = cursor++;
return next;
} catch(IndexOutOfBoundsException e) {
checkForComodification();
throw new NoSuchElementException();
}
}
注意,在next()方法中调用了checkForComodification()方法,进行对修改的同步检查:
final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
现在对modCount和expectedModCount的作用应该非常清楚了。在对一个集合对象进行跌代操作的同时,并不限制对集合对象的元素进行操作,这些操作包括一些可能引起跌代错误的add()或remove()等危险操作。在AbstractList中,使用了一个简单的机制来规避这些风险。这就是modCount和expectedModCount的作用所在。
5.序列化支持
ArrayList实现了java.io.Serializable接口,所以ArrayList对象可以序列化到持久存储介质中。ArrayList的主要属性定义如下:
private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
private transient Object elementData[];
private int size;
可以看出serialVersionUID和size都将自动序列化到介质中,但elementData数组对象却定义为transient了。也就是说ArrayList中的所有这些元素都不会自动系列化到介质中。为什么要这样实现?因为elementData数组中存储的“元素”其实仅是对这些元素的一个引用,并不是真正的对象,序列化一个对象的引用是毫无意义的,因为序列化是为了反序列化,当你反序列化时,这些对象的引用已经不可能指向原来的对象了。所以在这儿需要手工的对ArrayList的元素进行序列化操作。这就是writeObject()的作用。
private synchronized void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
throws java.io.IOException{
// Write out element count, and any hidden stuff
s.defaultWriteObject();
// Write out array length
s.writeInt(elementData.length);
// Write out all elements in the proper order.
for (int i=0; i<size; i++)
s.writeObject(elementData[i]);
}
这样元素数组elementData中的所以元素对象就可以正确地序列化到存储介质了。
对应的readObject()也按照writeObject()方法的顺序从输入流中读取:
private synchronized void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
// Read in size, and any hidden stuff
s.defaultReadObject();
// Read in array length and allocate array
int arrayLength = s.readInt();
elementData = new Object[arrayLength];
// Read in all elements in the proper order.
for (int i=0; i<size; i++)
elementData[i] = s.readObject();
}
本章介绍Java的实用工具类库java.util包。在这个包中,Java提供了一些实用的方法和数据结构。例如,Java提供日期(Data)类、日历(Calendar)类来产生和获取日期及时间,提供随机数(Random)类产生各种类型的随机数,还提供了堆栈(Stack)、向量(Vector) 、位集合(Bitset)以及哈希表(Hashtable)等类来表示相应的数据结构。
图1.1给出了java.util包的基本层次结构图。下面我们将具体介绍其中几个重要的类。
┌java.util.BitSet
│java.util.Calendar
│ └java.util.GregorianCalendar
│java.util.Date
│java.util.Dictionary
│ └java.util.Hashtable
│ └java.util.Properties
│java.util.EventObject
│java.util.ResourceBundle
┌普通类┤ ├java.util.ListResourceBundle
│ │ └java.util.PropertyResourceBundle
│ │java.util.Local
│ │java.util.Observable
│ │java.util.Random
│ │java.util.StringTokenizer
│ │java.util.Vector
│ │ └java.util.Stack
Java.util┤ └java.util.TimeZone
│ └java.util.SimpleTimeZone
│ ┌java.util.Enumeration
├接 口┤java.util.EventListener
│ └java.util.Observer
│ ┌java.util.EmptyStackException
└异常类┤java.util.MissingResourceException
│java.util.NoSuchElementException
└java.util.TooManyListenersException
图1.1 java.util包的基本层次结构
1.2 日期类Date
Java在日期类中封装了有关日期和时间的信息,用户可以通过调用相应的方法来获取系统时间或设置日期和时间。Date类中有很多方法在JDK1.0公布后已经过时了,在8.3中我们将介绍JDK1.0中新加的用于替代Date的功能的其它类。
在日期类中共定义了六种构造函数。
(1)public Date()
创建的日期类对象的日期时间被设置成创建时刻相对应的日期时间。
例 Date today=new Date();//today被设置成创建时刻相对应的日期时间。
(2)public Date (long date)
long 型的参数date可以通过调用Date类中的static方法parse(String s)来获得。
例 long l=Date.parse("Mon 6 Jan 1997 13:3:00");
Date day=new Date(l);
//day中时间为1997年 1月6号星期一,13:3:00。
(3)public Date(String s)
按字符串s产生一日期对象。s的格式与方法parse中字符串参数的模式相同。
例 Date day=new Date("Mon 6 Jan 1997 13:3:00");
//day 中时间为1997年1月6号星期一,13:3:00.
(4)public Date(int year,int month,int date)
(5)public Date(int year,int month,int date,int hrs,int min)
(6)public Date(int year,int month,int date,int hrs,int min,int sec)
按给定的参数创建一日期对象。
参数说明:
year的值为:需设定的年份-1900。例如需设定的年份是1997则year的值应为97,即1997-1900的结果。所以Date中可设定的年份最小为1900;
month的值域为0~11,0代表1月,11表代表12月;
date的值域在1~31之间;
hrs的值域在0~23之间。从午夜到次日凌晨1点间hrs=0,从中午到下午1点间hrs=12;
min和sec的值域在0~59之间。
例 Date day=new Date(11,3,4);
//day中的时间为:04-Apr-11 12:00:00 AM
另外,还可以给出不正确的参数。
例 设定时间为1910年2月30日,它将被解释成3月2日。
Date day=new Date(10,1,30,10,12,34);
System.out.println("Day's date is:"+day);
//打印结果为:Day's date is:Web Mar 02 10:13:34 GMT+08:00 1910
下面我们给出一些Date类中常用方法。
(1)public static long UTC(int year,int month,int date,int hrs. int min,int sec)
该方法将利用给定参数计算UTC值。UTC是一种计时体制,与GMT(格林威治时间)的计时体系略有差别。UTC计时体系是基于原子时钟的,而GTMT计时体系是基于天文学观测的。计算中使用的一般为GMT计时体系。
(2)public static long parse(String s)
该方法将字符串s转换成一个long型的日期。在介绍构造方法Date(long date)时曾使用过这个方法。
字符串s有一定的格式,一般为:
(星期 日 年 时间GMT+时区)
若不注明时区,则为本地时区。
(3)public void setMonth(int month)
(4)public int getMonth()
这两个方法分别为设定和获取月份值。
获取的月份的值域为0~11,0代表1月,11代表12月。
(5)public String toString()
(6)public String toLocalString()
(7)public String toGMTString()
将给定日期对象转换成不同格式的字符串。它们对应的具体的格式可参看例子8.1。
(8)public int getTimezoneOffset()
该方法用于获取日期对象的时区偏移量。
例8.1中对上面介绍的Date类中的基本方法进行了具体的应用,并打印了相应的结果。由于使用了一些过时的方法,所以编译时会有警告信息。另外,由于本例中的时间表示与平台有关,不同的JDK版本对此处理不完全相同,因此不同版本的JDK执行本例的结果可能有细微差异。
例1.1 DateApp.java
import java.lang.System;
import java.util.Date;
public class DateApp{
public static void main(String args[]){
Date today=new Date();
//today中的日期被设成创建时刻的日期和时间,假设创建时刻为1997年3月
//23日17时51分54秒。
System.out.println("Today's date is "+today);
//返回一般的时间表示法,本例中结果为
//Today's date is Fri May 23 17:51:54 1997
System.out.println("Today's date(Internet GMT)is:"
+today.toGMTString());
//返回结果为GMT时间表示法,本例中结果为
//Today's date(Internet GMT)is: 23 May 1997 09:51:54:GMT
System.out.println("Today's date(Locale) is:"
+today.toLocaleString());
//返回结果为本地习惯的时间表示法,结果为
//Today's date(Locale)is:05/23/97 17:51:54
System.out.println("Today's year is: "+today.getYear());
System.out.println("Today's month is: "+(today.getMonth()+1));
System.out.println("Today's date is: "+today.getDate());
//调用Date类中方法,获取年月日的值。
//下面调用了不同的构造方法来创建Date类的对象。
Date day1=new Date(100,1,23,10,12,34);
System.out.println("Day1's date is: "+day1);
Date day2=new Date("Sat 12 Aug 1996 13:3:00");
System.out.println("Day2's date is: "+day2);
long l= Date.parse("Sat 5 Aug 1996 13:3:00 GMT+0800");
Date day3= new Date(l);
System.out.println("Day3's&n
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