ArrayList源码解析

1.类图

文章使用的源码是JDK 1.8.0_181版本

 

分析主要从下面几个点入手：

1. 体系结构
2. 构造方法
3. 和LinkedList，Vector的区别
4. 扩容

2.ArrayList的体系结构

ArrayList直接实现了下面这几个接口：

1. List         有序集合接口，定义了一些基础方法，自实现了sort方法和replaceAll方法

1. RandomAccess  标记接口，实现这个接口可以实现快速随机访问
2. Cloneable       用来重写clone方法
3. java.io.Serializable  序列化接口
4. 继承AbstractList

 

3.构造方法

字段属性

ArrayList提供了三个构造方法，在解析这几个构造方法之前，需要先说一下ArrayList中的几个重要的属性。

	/**
     * Default initial capacity.
	   默认初始容量
     */
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

    /**
     * Shared empty array instance used for empty instances.
		用于空实例的共享空数组实例。
     */
    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.
	 
	 用于默认大小的空实例的共享空数组实例。 我们将此与EMPTY_ELEMENTDATA区分开来，以便了解在添加第一个元素时要膨胀多少。
     */
    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.
	 存储ArrayList元素的数组缓冲区.ArrayList的容量是此数组缓冲区的长度。添加第一个元素时，任何带有elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA的空ArrayList都将扩展为DEFAULT_CAPACITY。
	 这个数组是ArrayList对象实际保存数据的地方
     */
    transient Object[] elementData; // 非私有，以简化嵌套类访问

    /**
     * The size of the ArrayList (the number of elements it contains).
     *	ArrayList的大小（它包含的元素数）。
     * @serial
     */
    private int size;

 

无参构造

这个构造方法对应的实例化方法是下面这种写法，也是最常见的写法。

方法逻辑

无参构造里对elementData数组进行实例化，将elementData数组指向常量空数组DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA，长度为0，当第一次添加数据时，数组的长度会变成10。

 

对象创建时的elementData数组的长度

添加一个元素之后elementData数组的长度

指定初始容量的构造方法

对应下面这种写法：

方法逻辑

指定长度如果大于0，将elementData数组实例化为指定长度的数组。

指定长度如果等于0，将elementData指向长度为0的空数组常量。

指定长度如果小于0，抛出 IllegalArgumentException 异常

 

指定长度初始化之后elementData数组的长度：

添加元素之后elementData数组的长度：

可以看到指定长度初始化的ArrayList对象在添加元素之后elementData数组长度也不会变化。

使用Collection对象构造

这种写法比较多，这里给出一个简单的例子

 

方法逻辑

传入一个实现了Collection接口的对象（下文简称为c），然后将这个对象转成数组，并且将elementData数组指向这个这个数组。然后判断elementData数组的长度是否等于0，如果不等于0，并且c.toArray()返回的不是Object[]对象，则把c的内容copy到elementData中。如果长度等于0，则将elementData指向一个空数组。

 

1. 1. 和LinkedList，Vector的区别

这是一个经典的面试题和笔试题。先说一下这三个集合类的相同点。

相同点：

1. 都实现了Collection，List，Serializable接口
2. ArrayList和Vector都是使用数组存储数据
3. 都是有序集合
4. ArrayList和LinkedList都是线程不安全的

 

不同点:

1. ArrayList是基于动态数组的数据结构，LinkedList是基于双向链表数据结构
2. Vector是线程安全的
3. 随机get和set时ArrayList 性能要优于LinkedList
4. add和remove时LinkedList 性能要优于ArrayList

 

5.扩容

add方法的源码

可以看到在add方法之前调用了ensureCapacityInternal方法，传入的参数是size+1，size就是当前集合中的参数个数，可以确定这个方法就是扩容的方法了

 

在calculateCapacity 方法中先判断了elementData数组是否为空，如果为空判断则返回minCapacity 和10中最大的数值，如果不为空，则直接返回minCapacity。然后进入到ensureExplicitCapacity方法，对modCount做++操作，这个参数用于集合的Fail-Fast机制判断中。方法里判断新增元素之后大小是否超过当前集合元素个数，如果超过，则调用grow方法。

这个方法就是真正用于集合扩容的方法了，可以看到集合新容量的计算公式为：

新容量 = 现有容量 + 现有容量 / 2

如果新容量小于minCapacity ，则新长度等于minCapacity，如果新容量大于最大长度（2147483639），调用hugeCapacity 方法，传入参数为minCapacity，也就是数组扩容后需要最小容量。如果minCapacity大于MAX_ARRAY_SIZE，则返回Integer的最大值。否则返回MAX_ARRAY_SIZE。

 

调用完grow方法之后将elementData中的元素复制到一个新的大容量数组中。Arrays.copy方法是  System.arraycopy 方法。因为方法是native修饰的，所以无法查看源码。