ArrayList详解
1、简介
ArrayList是Java集合框架中的一个重要的类，它继承于AbstractList，实现了List接口，是一个长度可变的集合，提供了增删改查的功能。集合中允许null的存在。ArrayList类还是实现了RandomAccess接口，可以对元素进行快速访问。实现了Serializable接口，说明ArrayList可以被序列化，还有Cloneable接口，可以被复制。和Vector不同的是，ArrayList不是线程安全的。
下图是ArrayList的结构层次：
2、主要方法详解
ArrayList底层使用的是Java数组来存储集合中的内容，这个数组是Object类型的：
transient Object[] elementData;同时，elementData的访问级别为包内私有，是为了使内部类能够访问到其中的元素。
使用int类型的size表示数组中元素的个数：
private int size;为了对应不同的构造函数，ArrayList使用了不同的数组：
/**
* Shared empty array instance used for empty instances.
*/
private static final Object[] EMPTY_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 = {};代码中有个常量，表示数组的默认容量，大小为10：
/**
* Default initial capacity.
*/
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;常量EMPTY_ELEMENTDATA和DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA是为了初始化elementData的。如果为无参构造函数，使用DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA；如果为含参构造函数，使用EMPTY_ELEMENTDATA：
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);
}
}
/**
* Constructs an empty list with an initial capacity of ten.
*/
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}使用上述构造函数，elementData中没有元素，size为0，不过elementData的长度有可能不同。
ArrayList还提供了使用集合构造的构造函数：
public ArrayList(Collection 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;
}
}
（2）trimToSize()
由于表示集合中元素个数的size和表示集合容量的elementData.length可能不同，在不太需要增加集合元素的情况下容量有浪费，可以使用trimToSize方法减小elementData的大小。代码如下：
public void trimToSize() {
modCount++;
if (size < elementData.length) {
elementData = (size == 0)
? EMPTY_ELEMENTDATA
: Arrays.copyOf(elementData, size);
}
}（3）ensureCapacity(int minCapacity)
这个方法可以用来保证数组能够包含给定参数个元素，也就是说如果需要的话可以扩大数组的容量。主要代码：
public void ensureCapacity(int minCapacity) {
int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
// any size if not default element table
? 0
// larger than default for default empty table. It's already
// supposed to be at default size.
: DEFAULT_CAPACITY;
if (minCapacity > minExpand) {
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
} private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_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);
} 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);
} private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}（4）size()
函数返回集合中元素的数量：
public int size() {
return size;
}函数返回集合是否为空，检查size是否为0，即使容量不为0（没有元素）：
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}检查集合中是否包含给定的元素：
public boolean contains(Object o) {
return indexOf(o) >= 0;
}使用indexOf方法，如果返回值非负，表示集合中函数这个元素。
（7）indexOf(Object o)
函数返回集合中给定元素的第一次出现的位置，如果没有就返回-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;
}首先检查o是否为null，如果为null，就返回集合中第一个null元素的位置；如果不为null，就是用equals函数进行相等性检查。之所以这样，是因为如果直接对null调用equals方法，会抛出空指针异常。同时也不能循环遍历数组中的元素调用equals方法检查是否相等，因为ArrayList集合中允许有null元素的存在。
（8）lastIndexOf(Object o)
函数返回给定元素最后一次出现的位置，如果没有就返回-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;
}原理和indexOf一样，不过对集合元素遍历的时候是倒序遍历的。
（9）clone()
复制集合：
public Object clone() {
try {
ArrayList v = (ArrayList) 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(e);
}
}本质上就是使用Arrays类进行元素的复制。
（10）toArray()
将集合转化为数组：
public Object[] toArray() {
return Arrays.copyOf(elementData, size);
}（11）toArray(T[] a)
转化为数组，和上一个不同的是，上一个返回的数组是Object[]类型的，这个函数返回的数组类型根据参数确定：
@SuppressWarnings("unchecked")
public 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;
} 返回指定位置的元素，这里用到了一个私有函数：
@SuppressWarnings("unchecked")
E elementData(int index) {
return (E) elementData[index];
} private void rangeCheck(int index) {
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
} public E get(int index) {
rangeCheck(index);
return elementData(index);
}设置给定位置的元素为给定的元素，然后返回原来的元素：
public E set(int index, E element) {
rangeCheck(index);
E oldValue = elementData(index);
elementData[index] = element;
return oldValue;
}（14）add(E e)
添加元素：
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}（15）add(int index,E element)
在指定位置添加元素：
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，然后返回这个元素：
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;
}删除指定的元素，如果集合中有，则删除第一次出现的并返回true；如果没有，集合不变并返回false：
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;
} 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
}清空集合，将所有元素设为null，并把size设为0：
public void clear() {
modCount++;
// clear to let GC do its work
for (int i = 0; i < size; i++)
elementData[i] = null;
size = 0;
}添加给定集合中的所有元素到集合中，从末尾开始添加：
public boolean addAll(Collection 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;
}（20）add(int index,Collection c)
在指定位置开始添加指定集合中的所有元素：
public boolean addAll(int index, Collection 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;
}（21）removeRange(int fromIndex,int toIndex)
删除给定范围内的所有元素：
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;
}这两个函数都给一个集合参数c，removeAll删除集合中所有在集合c中出现过的元素；retainAll保留所有在集合c中出现的元素。两个函数都调用私有函数batchRemove()：
public boolean removeAll(Collection c) {
Objects.requireNonNull(c);
return batchRemove(c, false);
}
public boolean retainAll(Collection c) {
Objects.requireNonNull(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;
}（23）ListIterator
这两个函数返回在集合上的一个迭代器，不同是第一个是关于所有元素的，第二个是从指定位置开始的。这里ArrayList使用了内部类ListItr，
public ListIterator listIterator(int index) {
if (index < 0 || index > size)
throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);
return new ListItr(index);
}
public ListIterator listIterator() {
return new ListItr(0);
} （24）Iterator
也返回一个迭代器，使用了内部类Itr，继承于ListItr：
public Iterator iterator() {
return new Itr();
} 返回一个从fromIndex到toIndex的子集合：
public List subList(int fromIndex, int toIndex) {
subListRangeCheck(fromIndex, toIndex, size);
return new SubList(this, 0, fromIndex, toIndex);
} 3、例子
三种遍历方式：
Integer[] nums={2,1,3,6,0,4,5,8,7,9};
List list=new ArrayList<>();
list=Arrays.asList(nums);
//使用RandomAccess方式：
System.out.println("#1:");
for(int i=0;i it=list.iterator();
while(it.hasNext())
{
System.out.print((int)it.next());
} #1:
2136045879
#2:
2136045879
#3:
2136045879