概述
文章的内容基于JDK1.7进行分析，之所以选用这个版本，是因为1.8的有些类做了改动，增加了阅读的难度，虽然是1.7，但是对于1.8做了重大改动的内容，文章也会进行说明。
ArrayList作为List的典型实现，完全实现了List的全部接口功能，它是基于数组实现的List类，它封装了一个Object[]类型的数组，长度可以动态的增长。如果在创建ArrayList时没有指定Object[]数组的长度，它默认创建一个长度为10的数组，当新添加的元素已经没有位置存放的时候,ArrayList就会自动进行扩容，扩容的长度为原来长度的1.5倍。它的线程是不安全的。
数据结构
继承关系
java.lang.Object
java.util.AbstractCollection<E>
java.util.AbstractList<E>
java.util.ArrayList<E>
实现接口
Serializable, Cloneable, Iterable<E>, Collection<E>, List<E>, RandomAccess
基本属性
transient Object[] elementData; //存放数组的元素，transient表示该字段不进行序列化操作
private int size; //已经放入数组中的元素个数，非数组的长度
ArrayList源码解析
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
//可序列化版本号
private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
//默认的初始化数组大小 为10 .
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
//实例化一个空数组
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
//存放List元素的数组
private transient Object[] elementData;
//List中元素的数量，和存放List元素的数组长度可能相等，也可能不相等
private int size;
//构造方法，指定初始化的数组长度
public ArrayList(int initialCapacity) {
super();
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
this.elementData = new Object[initialCapacity];
}
//无参构造方法
public ArrayList() {
super();
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
//构造方法，参数为集合元素
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
//将集合转换成数组，并赋值给elementData数组
elementData = c.toArray();
size = elementData.length;
//如果c.toArray返回的不是Object[]类型的数组，转换成Object[]类型
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
}
//改变数组的长度，使长度和List的size相等。
public void trimToSize() {
modCount++;
if (size < elementData.length) {
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
}
}
//确定ArrayList的容量
//判断当前elementData是否是EMPTY_ELEMENTDATA,若是设置长度为10
public void ensureCapacity(int minCapacity) {
int minExpand = (elementData != EMPTY_ELEMENTDATA)
// any size if real element table
? 0
// larger than default for empty table. It's already supposed to be
// at default size.
: DEFAULT_CAPACITY;
//是否需要扩容
if (minCapacity > minExpand) {
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
}
//当前位置和默认大小之间取最大值
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
//数组的最大容量
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
//扩容操作
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;
//容量扩充1.5倍
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:
//生成一个长度为newCapacity数组，并将elementData数组中元素拷贝到新数组中，并将新数组的引用赋值给elementData
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}
//返回数组中已经放入的元素个数，非数组长度
public int size() {
return size;
}
//List是否为空
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
//判断是否包包含指定元素
public boolean contains(Object o) {
return indexOf(o) >= 0;
}
//查找指定的元素，存在返回下标，不存在放回 -1
public int indexOf(Object o) {
if (o == null) {
for (int i = 0; i < size; i++)
if (elementData[i]==null)
return i;
} else {
for (int i = 0; i < size; i++)
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
return -1;
}
//倒序查找元素，存在放回下标，不存在返回-1
public int lastIndexOf(Object o) {
if (o == null) {
for (int i = size-1; i >= 0; i--)
if (elementData[i]==null)
return i;
} else {
for (int i = size-1; i >= 0; i--)
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
return -1;
}
//因为实现了clone接口，所以需要重写clone()方法，实现对象的拷贝
public Object clone() {
try {
@SuppressWarnings("unchecked")
ArrayList<E> v = (ArrayList<E>) super.clone();
v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
v.modCount = 0;
return v;
} catch (CloneNotSupportedException e) {
// this shouldn't happen, since we are Cloneable
throw new InternalError();
}
}
//将集合转化为数组
public Object[] toArray() {
return Arrays.copyOf(elementData, size);
}
//转化为指定类型的数组元素，推荐使用此方法
@SuppressWarnings("unchecked")
public <T> T[] toArray(T[] a) {
if (a.length < size)
// Make a new array of a's runtime type, but my contents:
return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());
System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);
if (a.length > size)
a[size] = null;
return a;
}
// Positional Access Operations
//放回指定位置的数组元素
@SuppressWarnings("unchecked")
E elementData(int index) {
return (E) elementData[index];
}
//返回列表中指定位置的元素
public E get(int index) {
rangeCheck(index);
return elementData(index);
}
//设置指定位置的元素，并返回被替换的元素
public E set(int index, E element) {
rangeCheck(index);
E oldValue = elementData(index);
elementData[index] = element;
return oldValue;
}
//添加元素
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
//将元素添加到指定位置上，从指定位置的元素开始所有元素向后移动，为新添加的元素提供位置
public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index);
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}
//删除指定位置的元素，其他元素做相依的移动，并将最后一个元素置空，方便垃圾处理机制回收，防止内存泄露，并返回删除的元素值
public E remove(int index) {
rangeCheck(index);
modCount++;
E oldValue = elementData(index);
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 work
return oldValue;
}
//删除元素方法
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (elementData[index] == null) {
fastRemove(index);
return true;
}
} else {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (o.equals(elementData[index])) {
fastRemove(index);
return true;
}
}
return false;
}
//快速删除执行操作
private void fastRemove(int index) {
modCount++;
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 work
}
//清除列表
public void clear() {
modCount++;
// clear to let GC do its work
for (int i = 0; i < size; i++)
elementData[i] = null;
size = 0;
}
//添加方法，添加的元素为集合
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCount
System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}
//从指定位置开始添加集合元素
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
rangeCheckForAdd(index);
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCount
int numMoved = size - index;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,
numMoved);
System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}
//范围删除方法
protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {
modCount++;
int numMoved = size - toIndex;
System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex,
numMoved);
// clear to let GC do its work
int newSize = size - (toIndex-fromIndex);
for (int i = newSize; i < size; i++) {
elementData[i] = null;
}
size = newSize;
}
//下标检测方法，如果不合法，抛出IndexOutOfBoundsException异常
private void rangeCheck(int index) {
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
/**
* A version of rangeCheck used by add and addAll.
*/
private void rangeCheckForAdd(int index) {
if (index > size || index < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
//溢出信息
private String outOfBoundsMsg(int index) {
return "Index: "+index+", Size: "+size;
}
//删除所有元素
public boolean removeAll(Collection<?> c) {
return batchRemove(c, false);
}
public boolean retainAll(Collection<?> c) {
return batchRemove(c, true);
}
private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement) {
final Object[] elementData = this.elementData;
int r = 0, w = 0;
boolean modified = false;
try {
for (; r < size; r++)
if (c.contains(elementData[r]) == complement)
elementData[w++] = elementData[r];
} finally {
// Preserve behavioral compatibility with AbstractCollection,
// even if c.contains() throws.
if (r != size) {
System.arraycopy(elementData, r,
elementData, w,
size - r);
w += size - r;
}
if (w != size) {
// clear to let GC do its work
for (int i = w; i < size; i++)
elementData[i] = null;
modCount += size - w;
size = w;
modified = true;
}
}
return modified;
}
//流操作方法，将对象写入输出流中
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
throws java.io.IOException{
// Write out element count, and any hidden stuff
int expectedModCount = modCount;
s.defaultWriteObject();
// Write out size as capacity for behavioural compatibility with clone()
s.writeInt(size);
// Write out all elements in the proper order.
for (int i=0; i<size; i++) {
s.writeObject(elementData[i]);
}
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
//流操作，读方法，将对象从流中取出
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
// Read in size, and any hidden stuff
s.defaultReadObject();
// Read in capacity
s.readInt(); // ignored
if (size > 0) {
// be like clone(), allocate array based upon size not capacity
ensureCapacityInternal(size);
Object[] a = elementData;
// Read in all elements in the proper order.
for (int i=0; i<size; i++) {
a[i] = s.readObject();
}
}
}
//迭代方法，返回内部类实例
public ListIterator<E> listIterator(int index) {
if (index < 0 || index > size)
throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);
return new ListItr(index);
}
//迭代方法，返回内部类实例
public ListIterator<E> listIterator() {
return new ListItr(0);
}
//迭代方法，返回内部类实例
public Iterator<E> iterator() {
return new Itr();
}
//内部类，实现Iterator接口
private class Itr implements Iterator<E> {
int cursor; // index of next element to return
int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such
int expectedModCount = modCount;
//是否还有下一个元素，返回true or false
public boolean hasNext() {
return cursor != size;
}
//返回元素
@SuppressWarnings("unchecked")
public E next() {
checkForComodification();
int i = cursor;
if (i >= size)
throw new NoSuchElementException();
Object[] elementData = ArrayList.this.elementData; //获取外部类的elementData数组
if (i >= elementData.length)
throw new ConcurrentModificationException();
cursor = i + 1;
return (E) elementData[lastRet = i];
}
//删除元素
public void remove() {
if (lastRet < 0)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();
try {
ArrayList.this.remove(lastRet); //调用外部类删除方法，删除指定位置的元素
cursor = lastRet;
lastRet = -1;
expectedModCount = modCount;
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
//省略了两个内部类
}
重要方法解析
上面对整个类的代码做了简单的解析和注释，下面对一些常用的方法做一下重点的解析：
构造方法
ArrayList(int initialCapacity);
ArrayList();
ArrayList(Collection<? extends E> c);
上面是ArrayList的三个构造方法，使用三种方法都可以创建一个ArrayList集合，但是它们还是有一些区别，
- 使用第一个构造方法， 直接创建了指定大小的Object[]数组来创建集合，
- 使用第二个构造方法，创建的是一个空的数组，是将一个已经创建好的，使用static final 修饰的数组的引用赋值给了elementData ,此时的长度为零，当添加元素时， elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);完成了elementData新的初始化工作，此时的长度才为10。
- 第三种构造方法是将集合转化为ArrayList,在底层实现中，先调用集合的toArray()方法，并赋值给elementData ， 然后进行类型的判断，是如果类型不是Object[]类型，那么将使用反射生成一个Object[]的数组，并重新赋值给elementData。
添加方法
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
添加方法，首先判断要添加的位置是否超出了数组的容量，如果当前已经没有位置进行存放的时候，ArrayList进行自动的扩容，扩容成功后，将元素放入size位置，并且size完成自加操作
删除方法
public E remove(int index) {
rangeCheck(index);
modCount++;
E oldValue = elementData(index);
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
elementData[--size] = null; // GC回收垃圾
return oldValue;
}
删除方法，删除指定位置的元素，首先进行索引合法性的判断，如果索引不合法抛出IndexOutOfBoundsException异常，否则，从elementData的索引index+1的位置开始，都依次向前移动一个位置，并将最后一个位置的索引设置为null, 等待垃圾处理机制回收。
get()方法
public E get(int index) {
rangeCheck(index);
return elementData(index);
}
先进行索引合法性判断，如果合法直接返回index位置的元素。
遍历方式
List<String> list = new ArrayList<>() ;
//第一种
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
list.get(i);
}
//第二种
for (Iterator iter = list.iterator(); iter.hasNext(); ) {
iter.next();
}
//第三种
for (Object obj : list)
;
//第四种 ， 只支持JDK1.8+
list.forEach(
e->{
;
}
);
在集合的数量非常小的情况的，一二三中的遍历速度没有显著的差别，但是随之数量的增加，第一中方式最快，第三种方法第二，第二种第三，第四种最慢。
Arrays.copy()和System.copy()
在源码中多次出现了Arrays.copyOf()和System.copyOf()方法，来看一下这两个方法的区别和联系
//Arrays.copyOf()
public static <T,U> T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class<? extends T[]> newType) {
@SuppressWarnings("unchecked")
T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class)
? (T[]) new Object[newLength]
: (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength);
System.arraycopy(original, 0, copy, 0,
Math.min(original.length, newLength));
return copy;
}
//System.copyOf()
public static native void arraycopy(Object src, int srcPos,
Object dest, int destPos,
int length);
通过源码不难看出，Arrays.copyOf()是依靠System.copyOf()方法来实现的。而System.copyOf()的方式被native关键字修饰，这说明它调用的是c++的底层函数，已经不是java的范围。 它们两者的主要是区别是，Arrays.copyOf()不仅仅是拷贝数组中的元素，在拷贝数组元组的时候会生成一个新的数组对象，但是System.copyOf()仅仅是拷贝数组中的元素。
总结
- ArrayList是基于数组实现的List类。会自动的进行扩容，采用Arrays.copyOf()实现
- 如果在创建ArrayList时，可以知道ArrayList元素的数量最好指定初始容量，这样可以避免ArrayList的自动多次扩容问题。
- 线程不安全
少年听雨歌楼上，红烛昏罗帐。
壮年听雨客舟中，江阔云低，断雁叫西风。
感谢支持！
---起个名忒难
