一、前言
第一次写技术类博客，对相关的知识做个总结和归纳，养成自己的一个习惯吧，不当或错误之处还望多多指教。
二、ArrayList类
ArrayList继承了AbstractList类实现了List接口，拥有集合的基本方法；Serializable接口，因此它支持序列化，能够通过序列化传输；RandomAccess接口，支持快速随机访问，实际上就是通过下标序号进行快速访问；实现了Cloneable接口，能被克隆。
三、ArrayList属性
ArrayList的关键属性是elementData（数组）和size（大小），数组容量大于等于数组大小。
// 默认初始容量
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
// 空数组对象
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 空数组对象（新增第一个元素扩充为默认容量）
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 数组对象（不可被序列化）
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
// 数组大小（小于或等于数组容量）
private int size;
四、ArrayList构造器
ArrayList总共四个构造函数，建议在集合初始化时声明大小能够有效减少数组扩容消耗。
// 构造指定容量大小的空数组
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);
}
}
// 构造空数组（未指定大小初次新增元素扩容为默认容量大小）
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
// 初始化包含特殊元素的数组对象（初始化的容量大小等于数组大小）
public ArrayList(Collection c) {
elementData = c.toArray();
// 赋值语句返回的是赋值后的对象
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;
}
}
五、ArrayList核心函数
首先提下类中用到的其余几个函数，便于后续的理解。
System.arraycopy(Object src, int srcPos,Object dest, int destPos,int length)拷贝函数，将src源对象中srcPos至srcPos+length数据拷贝到destPos目标对象destPos位置。
Arrays.copyOf(U[] original, int newLength, Class newType)拷贝函数，将数组original中从0个元素开始拷贝newLength到临时数组，数组元素类型一致，并返回临时数组，其实底层还是调用的System.arraycopy函数。
public static T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class 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;
}
trimToSize()方法是将数组容量置为数组大小以便节省内存，modCount是抽象类AbstractList的属性，后面会详细说明。
// 调整数组将容量大小置为数组大小
public void trimToSize() {
modCount++;
if (size < elementData.length) {
elementData = (size == 0)
? EMPTY_ELEMENTDATA
: Arrays.copyOf(elementData, size);
}
}
grow(int minCapacity)是扩容函数，默认扩容大小=oldCapacity + (oldCapacity >> 1)，约原数组容量的1.5倍，然后再与指定扩容值和最大值进行比较。
// 默认扩容大小约为原数组容量1.5倍（原数组容量可能为奇数）
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);
}
indexOf(Object o)函数返回第一个出现目标元素的位置，如果没有找到则返回-1，循环数组遍历查找；lastIndexOf(Object o)函数也是类似，这里就不上源码了。
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;
}
toArray(T[] a)函数将集合转换为数组，如果集合大小小于数组长度，则直接拷贝集合元素并补齐null值，否则返回一个长度等于集合大小的新数组。
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;
}
get(int index)函数直接通过索引直接返回元素，需要检查索引是否合理。
public E get(int index) {
rangeCheck(index);
return elementData(index);
}
set(int index, E element)函数设置索引位置对应的值，并返回修改前的元素。
public E set(int index, E element) {
rangeCheck(index);
E oldValue = elementData(index);
elementData[index] = element;
return oldValue;
}
add(E e)函数表示在最后新增元素，首先会检查是否要扩容，然后再进行元素添加，添加成功返回true。
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
add(int index, E element)函数在指定位置插入指定元素，首先检查索引合理性和数组容量是否够，然后将index到最后的元素拷贝到index+1位置，最后index位置插入指定元素。
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++;
}
remove(int index)函数移除指定位置元素，其原理是将index+1到最后的元素拷贝到index位置，然后将最后的元素置为null，并返回删除前的元素。
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;
}
remove(Object o)函数移除指定对象，循环遍历数组找到对应元素索引，然后调用fastRemove函数删除对应索引处的元素。fastRemove和remove函数基本一致，没有索引校验和返回值。
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;
}
clear()函数清除所有元素，循环遍历置为null(清除工作交给GC)。
public void clear() {
modCount++;
// clear to let GC do its work
for (int i = 0; i < size; i++)
elementData[i] = null;
size = 0;
}
addAll(Collection c)添加集合元素，首先保证数组容量足够然后调用系统函数直接拷贝。
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;
}
addAll(int index, Collection c)函数在指定位置添加集合元素，会存在覆盖的情况。
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;
}
removeRange(int fromIndex, int toIndex)函数移除索引fromIndex到toIndex的元素，原理是将toIndex到最后的元素拷贝到fromIndex,然后将后面的元素至为null。
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;
}
batchRemove(Collection c, boolean complement)函数移除或者保留集合c中的元素，主要是removeAll(Collection c)（删除集合元素）和retainAll(Collection c)（求两集合的公共元素）进行调用。
private boolean batchRemove(Collection c, boolean complement) {
final Object[] elementData = this.elementData;
int r = 0, w = 0;
boolean modified = false;
try {
// 以retainAll为例，如果集合c中存在某元素，则直接将某元素覆盖到原数组elementData当中（从起始位置开始）
for (; r < size; r++)
if (c.contains(elementData[r]) == complement)
elementData[w++] = elementData[r];
} finally {
// 如果出现异常，则将r到size数据拷贝到w位置覆盖并调整w大小
if (r != size) {
System.arraycopy(elementData, r,
elementData, w,
size - r);
w += size - r;
}
// 不管前面是否出现异常，将w到size的数据置为null（也就是删除）
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;
}
内部类ListItr继承内部类Itr，是ArrayList集合中Iterator()方法的实现，modCount是用来记录集合ArrayList修改次数，在迭代器遍历的过程中需要保证别的线程没有对数组进行操作（防止出现不可思议的错误），否则抛出ConcurrentModificationException异常，这就是所谓的Fail-Fast 机制 ，由此可知ArrayList是非线程安全的。
private class Itr implements Iterator {
int cursor; // index of next element to return
int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such
int expectedModCount = modCount;
public boolean hasNext() {
return cursor != size;
}
@SuppressWarnings("unchecked")
public E next() {
checkForComodification();
int i = cursor;
if (i >= size)
throw new NoSuchElementException();
Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length)
throw new ConcurrentModificationException();
cursor = i + 1;
return (E) elementData[lastRet = i];
}
public void remove() {
if (lastRet < 0)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();
try {
ArrayList.this.remove(lastRet);
cursor = lastRet;
lastRet = -1;
expectedModCount = modCount;
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
@Override
@SuppressWarnings("unchecked")
public void forEachRemaining(Consumer consumer) {
Objects.requireNonNull(consumer);
final int size = ArrayList.this.size;
int i = cursor;
if (i >= size) {
return;
}
final Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
while (i != size && modCount == expectedModCount) {
consumer.accept((E) elementData[i++]);
}
// update once at end of iteration to reduce heap write traffic
cursor = i;
lastRet = i - 1;
checkForComodification();
}
// 在遍历过程中检测数组是否有修改
final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
removeIf(Predicate filter)函数删除指定条件的元素，Predicate是Java8的语法，用来检测元素是否满足条件。
@Override
public boolean removeIf(Predicate filter) {
Objects.requireNonNull(filter);
// 使用removeCount和removeSet来记录需要移除元素的数量和位置
// BitSet可以看做一个010100110二进制数，节省内存
int removeCount = 0;
final BitSet removeSet = new BitSet(size);
final int expectedModCount = modCount;
final int size = this.size;
for (int i=0; modCount == expectedModCount && i < size; i++) {
@SuppressWarnings("unchecked")
final E element = (E) elementData[i];
if (filter.test(element)) {
// 此处将需要移除的元素标记为1
removeSet.set(i);
removeCount++;
}
}
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
// shift surviving elements left over the spaces left by removed elements
final boolean anyToRemove = removeCount > 0;
if (anyToRemove) {
final int newSize = size - removeCount;
for (int i=0, j=0; (i < size) && (j < newSize); i++, j++) {
// 从第i个位置开始获取第一个不为0的索引，也就是数组需要保留的元素
i = removeSet.nextClearBit(i);
// 直接将第i个元素覆盖掉第j个，i一定大于等于j
elementData[j] = elementData[i];
}
// 移除newSize后续的元素
for (int k=newSize; k < size; k++) {
elementData[k] = null; // Let gc do its work
}
this.size = newSize;
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
modCount++;
}
return anyToRemove;
}
replaceAll(UnaryOperator
public void replaceAll(UnaryOperator operator) {
Objects.requireNonNull(operator);
final int expectedModCount = modCount;
final int size = this.size;
for (int i=0; modCount == expectedModCount && i < size; i++) {
elementData[i] = operator.apply((E) elementData[i]);
}
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
modCount++;
}
sort(Comparator c)函数用来对元素进行排序，比较器自定义。
public void sort(Comparator c) {
final int expectedModCount = modCount;
Arrays.sort((E[]) elementData, 0, size, c);
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
modCount++;
}
六、总结
- 如果在初始化ArrayList时知道大小，最好声明大小以减少扩容的消耗。
- ArrayList是线程不安全的，多线程操作是需要特别注意。
- 属性elementData数组声明为transient，无法进行序列化。