ArrayList
ArrayList实现了List接口，继承了AbstractList，底层是数组实现的，一般我们把它认为是可以自增扩容的数组。它是非线程安全的，一般多用于单线程环境下(与Vector最大的区别就是，Vector是线程安全的，所以ArrayList 性能相对Vector 会好些)。
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
构造方法
ArrayList中提供了三个构造方法
public ArrayList()
public ArrayList(Collection<? extends E> c)
public ArrayList(int initialCapacity)；
- 无参构造方法
/**
* Constructs an empty list with an initial capacity of ten.
*/
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
上面的注释表示他会默认提供容量为10的数组，但是实际并不是在这一步实现。可以看看这里的DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA和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.
*/
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.
*/
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
只是一个空数组。所以这一步实际上只是将elementData指向一个空数组而已。
- 集合作为参数的参构造方法
/**
* Constructs a list containing the elements of the specified
* collection, in the order they are returned by the collection
* iterator.
*
* @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) {
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;
}
}
这个方法是直接将一个集合作为ArrayList的元素，很容易看懂，不多做解释，此时elementData即为集合c转为的数组，size即为elementData的长度。这里size是ArrayList的一个int型私有变量，用于记录该list集合中当前元素的数量，注意不是容量。
- 初始化容量参数的参构造方法
/**
* Constructs an empty list with the specified initial capacity.
*
* @param initialCapacity the initial capacity of the list
* @throws IllegalArgumentException if the specified initial capacity
* is negative
*/
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);
}
}
从源码里可以看出：首先对传进来的初始化参数initialCapacity进行判断，如果该参数大于0，在elementData进行初始化，初始化为一个容量为initialCapacity的数组，如果传进来的参数initialCapacity等于0，则将elementData指向了EMPTY_ELEMENTDATA，从这个名字也可以猜出，是个空数组：
/**
* Shared empty array instance used for empty instances.
*/
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
add方法
说了这么多，还没有说到无参构造函数默认是空数组，为什么注释说是容量为10的数组，也还没说到当容量不足时，是如何实现动态扩容的，下面就通过add方法来说明这些问题。(add方法是list接口中声明的通用方法)。ArrayList的add方法实现如下：
/**
* 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;
}
size是当前集合拥有的元素个数(未算进准备新增的e元素)，从源码看出，调用了ensureCapacityInternal来保证容量问题，传进去的参数是size+1，来保证新增元素后容量满足要求。
接下来进入ensureCapacityInternal方法查看其实现：
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
通过这一步来判断，当前elementData是否为空数组(即初始化容量为0或者调用了无参构造函数后的结果)，如果是，则使用 Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity)进行选择一个较大的，其中，DEFAULT_CAPACITY是ArrayList定义的静态常量10：
/**
* Default initial capacity.
*/
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
可以看出，这里如果minCapacity小于10的话(如果elementData为空的话，size+1即minCapacity一般为1)，返回的是10，所以如果没有指定大小的话，默认是初始化一个容量为10的数组。然后在调用ensureExplicitCapacity方法：
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
可以看到modCount++，这里可以暂时不管它，这个参数主要是用在集合的Fail-Fast机制(即快速失败机制)的判断中使用的。(以后有空再补充这方面的内容) 在这个方法里进行判断，新增元素后的大小minCapacity是否超过当前集合的容量elementData.length，如果超过，则调用grow方法进行扩容。我们进入该方法进行查看:
/**
* 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);
}
在这里可以很清楚的看到扩容容量的计算:
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1)
其中oldCapacity是原来的容量大小，oldCapacity >> 1 为位运算的右移操作，右移一位相当于除以2，所以这句代码就等于int newCapacity = oldCapacity + oldCapacity / 2；即容量扩大为原来的1.5倍(注意我这里使用的是jdk1.8，没记错的话1.7也是一样的)，获取newCapacity后再对newCapacity的大小进行判断，如果仍然小于minCapacity，则直接让newCapacity 等于minCapacity，而不再计算1.5倍的扩容。然后还要再进行一步判断，即判断当前新容量是否超过最大的容量 if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)，如果超过，则调用hugeCapacity方法，传进去的是minCapacity，即新增元素后需要的最小容量：
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}
如果minCapacity大于MAX_ARRAY_SIZE，则返回Integer的最大值。否则返回MAX_ARRAY_SIZE。
/**
* The maximum size of array to allocate.
* Some VMs reserve some header words in an array.
* Attempts to allocate larger arrays may result in
* OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit
*/
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
然后回到grow方法，调用Arrays.copyof方法，即复制原数组内容到一个新容量的大数组里。这里Arrays.copyof方法实际是调用System.arraycopy方法。 到这里，应该可以很清楚的知道ArrayList底层扩容的原理了。与Vector不同的是，Vector每次扩容容量是翻倍，即为原来的2倍，而ArrayList是1.5倍。看似1.5倍增长的很慢，那经常增加大量元素会不会导致经常扩容，数组重新分配导致效率低下呢？其实不然，每次增长为原来的1.5倍实际增长的量会越来越大的，可以看看网友统计的数据(参考：blog.csdn.net/java2000_ne…)： 1千需要分配 11次 1万一级需要分配17次 10万 需要分配23次 100万需要分配28次 当然，如果一开始知道数据量很大的话，可以在初始化时预先指定容量。
get方法
/**
* 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) {
rangeCheck(index);
return elementData(index);
}
size和modCount的区别
- size ArrayList的变量。记录了ArrayList中元素的数量。
- modCount ArrayList的父类AbstractList中的变量，默认值为0，记录的是关于元素的数目被修改的次数，涉及到fail-fast就主要是依靠它。
List<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
list.add(4); // 当执行完 list.add(4)时，此时modCount和size都为4：
list.remove(2); // 当执行完list.remove(2)时，此时元素数量发生了修改，所以modCount++即5,而size记录集合中元素的个数，移除了一个后，size=size-1即3：
list.add(5); // 当执行完list.add(5)时，此时元素数量再次发生了修改，所以modCount++即5,而size记录集合中元素的个数，增加了一个后，size=size-1即4：
list.set(1, 100); // 当执行完list.set(1, 100)时，元素的数量并没有发生改变，所以modCount和size都不变。
list.remove(4);
System.out.println(list.size());
