一篇文章吃透Java ArrayList 面试别问，问就是滔滔不绝！

动态数组（Dynamic Array） -> ArrayList 方法、源码解析

前言：在java中，常使用ArrayList来做数据的暂存、处理，我们都知道，ArrayList实现了接口List，List接口继承了Collection接口。Collection是所有集合类的父类。ArrayList使用非常广泛，不论是数据库表查询，excel导入解析，还是网站数据爬取都需要使用到，了解ArrayList原理及使用方法显得非常重要。

如下图，ArrayList是一种常见的线性的数据结构

一、 在内存中，ArrayList的存储结构是怎样的？

一张图你就懂了

对象名放在栈中，new出的数组放在堆中。数组中存储对象的地址

二、那么，ArrayList内部结构是如何实现的呢？？

首先，让我们开始回忆一下我们在使用ArrayList的时候常用的属性和方法

ArrayList是一个可以存储Object（任何）类型的对象，所以我们给它加上泛型

• int size(); // 元素的数量
• boolean isEmpty(); // 是否为空
• boolean contains(E element); // 是否包含某个元素
• void add(E element); // 添加元素到最后面
• E get(int index); // 返回index位置对应的元素
• E set(int index, E element); // 设置index位置的元素
• void add(int index, E element); // 往index位置添加元素
• E remove(int index); // 删除index位置对应的元素
• int indexOf(E element); // 查看元素的位置
• void clear(); // 清除所有元素

而我们看不到的有哪些呢？？

1️⃣除了上述的属性，在ArrayList中还有我们不太注意的属性：capacity、-1

即 ArrayList容量、找不到元素时的返回值。其中，capacity是有默认值的，也可以进行在new的时候使用构造方法进行传值，自定义初始容量。

2️⃣另外，还有我们看不到的容量管理，这也是我们最需要注意，考察最多的一点就是扩容缩容机制：

1、扩容：每次添加元素以后，我们将进行扩容判断，当容量被被占满之前，会进行扩容操作。扩容的大小为原先容量的1.5倍（可以自己重写，JDK默认为1.5倍）。
2、缩容：每次删除元素，判断内部元素数量是否不足容量一半，不足则进行缩容。

接着就是ArrayList的实现啦→

为了理解和简洁，我们将继承List接口这一步省去。

public class ArrayList<E> {
	/**
	 * 元素的数量
	 */
	private int size;
	/**
	 * 所有的元素
	 */
	private E[] elements;
	//默认初始容量
	private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
	//元素未找到时的返回值
	private static final int ELEMENT_NOT_FOUND = -1;
	//带参的构造方法，指定初始容量
	public ArrayList(int capaticy) {
		capaticy = (capaticy < DEFAULT_CAPACITY) ? DEFAULT_CAPACITY : capaticy;
		elements = (E[]) new Object[capaticy];
	}
	
	public ArrayList() {
		this(DEFAULT_CAPACITY);
	}
	
	/**
	 * 清除所有元素
	 */
	public void clear() {
		for (int i = 0; i < size; i++) {
			elements[i] = null;
		}
		size = 0;
		
		// 仅供参考 可自定义规则
		if (elements != null && elements.length > DEFAULT_CAPACITY) {
			elements = (E[]) new Object[DEFAULT_CAPACITY];
		}
	}

	/**
	 * 元素的数量
	 * @return
	 */
	public int size() {
		return size;
	}

	/**
	 * 是否为空
	 * @return
	 */
	public boolean isEmpty() {
		 return size == 0;
	}

	/**
	 * 是否包含某个元素
	 * @param element
	 * @return
	 */
	public boolean contains(E element) {
		return indexOf(element) != ELEMENT_NOT_FOUND;
	}

	/**
	 * 添加元素到尾部
	 * @param element
	 */
	public void add(E element) {
		add(size, element);
	}

	/**
	 * 获取index位置的元素
	 * @param index
	 * @return
	 */
	public E get(int index) {
		rangeCheck(index);
		return elements[index];
	}

	/**
	 * 设置index位置的元素
	 * @param index
	 * @param element
	 * @return 原来的元素ֵ
	 */
	public E set(int index, E element) {
		rangeCheck(index);
		
		E old = elements[index];
		elements[index] = element;
		return old;
	}

	/**
	 * 在index位置插入一个元素
	 * @param index
	 * @param element
	 */
	public void add(int index, E element) {
		rangeCheckForAdd(index);
		
		ensureCapacity(size + 1);
		
		for (int i = size; i > index; i--) {
			elements[i] = elements[i - 1];
		}
		elements[index] = element;
		size++;
	}

	/**
	 * 删除index位置的元素
	 * @param index
	 * @return
	 */
	public E remove(int index) {
		rangeCheck(index);
		
		E old = elements[index];
		for (int i = index + 1; i < size; i++) {
			elements[i - 1] = elements[i];
		}
		elements[--size] = null;
		trim();
		return old;
	}

	/**
	 * 查看元素的索引
	 * @param element
	 * @return
	 */
	public int indexOf(E element) {
		if (element == null) {  // 1
			for (int i = 0; i < size; i++) {
				if (elements[i] == null) return i; 
			}
		} else {
			for (int i = 0; i < size; i++) {
				if (element.equals(elements[i])) return i; // n
			}
		}
		return ELEMENT_NOT_FOUND;
	}
	
	/**
	 * 保证要有capacity的容量
	 * @param capacity
	 */
	private void ensureCapacity(int capacity) {
		int oldCapacity = elements.length;
		if (oldCapacity >= capacity) return;
		
		// 新容量为旧容量的1.5倍（1+0.5） JDK默认为1.5，这里可以自己指定
		int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
		E[] newElements = (E[]) new Object[newCapacity];
		for (int i = 0; i < size; i++) {
			newElements[i] = elements[i];
		}
		elements = newElements;
		
		System.out.println(oldCapacity + "扩容为" + newCapacity);
	}
	/**
	缩容
	*/
	private void trim() {
		// 30
		int oldCapacity = elements.length;
		// 15
		int newCapacity = oldCapacity >> 1;
		if (size > (newCapacity) || oldCapacity <= DEFAULT_CAPACITY) return;
		
		// 剩余空间还很多
		E[] newElements = (E[]) new Object[newCapacity];
		for (int i = 0; i < size; i++) {
			newElements[i] = elements[i];
		}
		elements = newElements;
		
		System.out.println(oldCapacity + "缩容为" + newCapacity);
	}
	
	private void outOfBounds(int index) {
		throw new IndexOutOfBoundsException("Index:" + index + ", Size:" + size);
	}
	
	private void rangeCheck(int index) {
		if (index < 0 || index >= size) {
			outOfBounds(index);
		}
	}
	
	private void rangeCheckForAdd(int index) {
		if (index < 0 || index > size) {
			outOfBounds(index);
		}
	}
	
	@Override
	public String toString() {
		// size=3, [99, 88, 77]
		StringBuilder string = new StringBuilder();
		string.append("size=").append(size).append(", [");
		for (int i = 0; i < size; i++) {
			if (i != 0) {
				string.append(", ");
			}
			
			string.append(elements[i]);
			
		}
		string.append("]");
		return string.toString();
	}
}

从上面的代码我们能够看到，ArrayList的数据结构其实非常简单，其中最重要的就是我们的扩容和缩容，也是我们使用ArrayList时和大神的区别。

合理地利用内存，让我们的代码能够达到最优的效率，是我们共同的追求！ʕ̢·͡˔·ོɁ̡