ArrayList源码分析

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1. ArrayList的基本介绍

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, Serializable {
}

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ArrayList 是一个数组队列，相当于动态数组。与Java中的数组相比，它的容量能动态增长。它继承于AbstractList，实现了List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable这些接口。

ArrayList 继承了AbstractList，实现了List。它是一个数组队列，提供了相关的添加、删除、修改、遍历等功能。 ArrayList 实现了RandmoAccess接口，即提供了随机访问功能。RandmoAccess是java中用来被List实现，为List提供快速访问功能的。在ArrayList中，我们即可以通过元素的序号快速获取元素对象；这就是快速随机访问。稍后，我们会比较List的“快速随机访问”和“通过Iterator迭代器访问”的效率。

ArrayList 实现了Cloneable接口，即覆盖了函数clone()，能被克隆。

ArrayList 实现java.io.Serializable接口，这意味着ArrayList支持序列化，能通过序列化去传输。和Vector不同，ArrayList中的操作不是线程安全的！所以，建议在单线程中才使用ArrayList，而在多线程中可以选择Vector或者CopyOnWriteArrayList。

2. ArrayList属性

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, Serializable {
  // 序列化id
  private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
  // 默认初始的容量
  private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
  // 一个空对象
  private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = new Object[0];
  // 一个空对象，如果使用默认构造函数创建，则默认对象内容默认是该值
  private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = new Object[0];
  // 当前数据对象存放地方，当前对象不参与序列化
  transient Object[] elementData;
  // 当前数组长度
  private int size;
  // 数组最大长度
  private static final int MAX_ARRAY_SIZE = 2147483639;
 
  // 省略方法。。
}

3. ArrayList的构造方法

//此时我们创建的ArrayList对象中的elementData中的长度是1，size是0,当进行第一次add的时候，elementData将会变成默认的长度：10.
public ArrayList() {
  this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
 //  带int类型的构造函数
public ArrayList(int initialCapacity) {
        if (initialCapacity > 0) {
            this.elementData = new Object[initialCapacity];
        } else if (initialCapacity == 0) {
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        } else {
            //如果用户传入的参数小于0，则抛出异常
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        }
}

//此时我们创建的ArrayList对象中的elementData中的长度是1，size是0,当进行第一次add的时候，elementData将会变成默认的长度：10.
public ArrayList() {
  this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
 //  带int类型的构造函数
public ArrayList(int initialCapacity) {
        if (initialCapacity > 0) {
            this.elementData = new Object[initialCapacity];
        } else if (initialCapacity == 0) {
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        } else {
            //如果用户传入的参数小于0，则抛出异常
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        }
}

ArrayList构造方法

特别注意：对于以上2个构造方法在使用的时候推荐使用带int参数的构造方法,因为不带参数的可能会出现大量扩容的情况,从而导致性能低下。

/**
1）将collection对象转换成数组，然后将数组的地址的赋给elementData。
2）更新size的值，同时判断size的大小，如果是size等于0，直接将空对象EMPTY_ELEMENTDATA的地址赋给elementData
3）如果size的值大于0，则执行Arrays.copy方法，把collection对象的内容（可以理解为深拷贝）copy到elementData中。
*/
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)
            //深度拷贝
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
    } else {
        // replace with empty array.
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
}

特别注意：this.elementData = list.toArray(); 这里执行的简单赋值是浅拷贝，所以要执行Arrays.copy 做深拷贝

4. 核心的方法

4.1 add方法

add主要的执行逻辑如下：

1）确保数组已使用长度（size）加1之后足够存下下一个数据

2）修改次数modCount 标识自增1，如果当前数组已使用长度（size）加1后的大于当前的数组长度，则调用 grow方法，增长数组，grow方法会将当前数组的长度变为原来容量的1.5倍。

3）确保新增的数据有地方存储之后，则将新元素添加到位于size的位置上。

4）返回添加成功布尔值。

添加元素方法入口：

    public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

确保添加的元素有地方存储，当第一次添加元素的时候this.size+1 的值是1，所以第一次添加的时候会将当前elementData数组的长度变为10：

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

将修改次数（modCount）自增1，判断是否需要扩充数组长度,判断条件就是用当前所需的数组最小长度与数组的长度对比，如果大于0，则增长数组长度。

    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;
        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }

如果当前的数组已使用空间（size）加1之后大于数组长度，则增大数组容量，扩大为原来的1.5倍。

  private void grow(int arg0) {
    int arg1 = this.elementData.length;
    int arg2 = arg1 + (arg1 >> 1);
    if (arg2 - arg0 < 0) {
      arg2 = arg0;
    }
    if (arg2 - 2147483639 > 0) {
      arg2 = hugeCapacity(arg0);
    }
    this.elementData = Arrays.copyOf(this.elementData, arg2);
  }

add(int index, E element)方法

ArrayList指定位置添加数据

这个方法其实和上面的add类似，该方法可以按照元素的位置，指定位置插入元素，具体的执行逻辑如下：

确保数插入的位置小于等于当前数组长度，并且不小于0，否则抛出异常
确保数组已使用长度（size）加1之后足够存下下一个数据
修改次数（modCount）标识自增1，如果当前数组已使用长度（size）加1后的大于当前的数组长度，则调用grow方法，增长数组
grow方法会将当前数组的长度变为原来容量的1.5倍。
确保有足够的容量之后，使用System.arraycopy 将需要插入的位置（index）后面的元素统统往后移动一位。
将新的数据内容存放到数组的指定位置（index）上

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