ArrayList源码剖析(看不懂直播写检讨)

将分析以下内容

• 字段
• 构造函数
• 扩容
• 插入和删除导致的数组大幅度移动

1.首先来看一下ArrayList里面的属性

下面是两个经常会用到的属性

这个就是用来存储元素的数组

transient Object[] elementData;

这个是数组存储元素的总数，相信size()方法大家都用过
注意不要跟数组长度混淆，数组长度是elementData.length()

private int size;

下面三个是ArrayList中定义的默认值，这里只需要记住默认初始容量为10就行了

//默认容量为10
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
//当给定容量为0时使用的数组
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
//当未给定容量时使用的默认数组
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

2.接下来我们看一看ArrayList的构造函数

首先是不带参数的，会使用默认的DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA作为数组，大家应该注意到了，该数组的长度是为0的，所以后面肯定会进行扩容

public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

下面是给定初始容量的构造函数

public ArrayList(int initialCapacity) {
	//如果容量大于0，使用给定容量初始化数组
	//如果容量等于0，使用EMPTY_ELEMENTDATA作为存储数组
	//否则就是小于0了，直接抛异常
    if (initialCapacity > 0) {
        this.elementData = new Object[initialCapacity];
    } else if (initialCapacity == 0) {
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    } else {
        throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                           initialCapacity);
    }
}

这里注意【EMPTY_ELEMENTDATA】 和 【DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA】其实是一样的，只是使用的语义不同，如果你未指定初始容量，那么使用默认的【DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA】，如果你指定了容量为0，那么就使用【EMPTY_ELEMENTDATA】

下面这个就不过多细说了，就是把你给定的集合转换为数组，并给size赋值

    public ArrayList(Collection<? extends E> 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;
        }
    }

3.接下来我们来看一下ArrayList是怎么扩容的

public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1); //这里就是执行扩容逻辑
    elementData[size++] = e; //扩容完成后就执行添加
    return true;
}

这里注意size + 1即使我们即将插入的元素的索引，也就是说如果此时已经有5个元素了，那么就会将6作为minCapacity（也就是最小容量，起码也得再让我装一个）传递给ensureCapacityInternal()进行扩容逻辑
——这里我们成minCapacity为最小申请容量
下面我们层层递进看一看是怎么完成扩容的
3.1-ensureCapacityInternal()——确保内部容量

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}

这里可以看到需要调用calculateCapacity()
3.2-calculateCapacity()——计算容量

private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }
    return minCapacity;
}

这个方法就是返回最小最小申请容量和默认容量（10）的较大值，然后作为新的容量
可以理解为如下：
第一天
儿子：爸，我要6元钱买点吃的
爸：6元钱能买什么？我这有张10块的，拿去用

---

第二天
儿子：爸，我要11元钱买点吃的
爸：要这么多，拿去吧！11块，省着点花

---

好了，完成了calculateCapacity()方法可以看到3.1我们还需要调用ensureExplicitCapacity()
3.3-ensureExplicitCapacity()——确保精准容量（也就是是否执行扩容）

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;//数组修改的次数,该变量在AbstractList定义，不研究
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        grow(minCapacity);
}

从上面可以看出当最小申请容量小于我们的数组长度时，那么就要执行grow()方法，也就是扩容
3.4-grow()——扩容

//数组分配的最大容量，没人的数组想要这么大的吧，很占内存的
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

private void grow(int minCapacity) {
    int oldCapacity = elementData.length;
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

具体就是

1. 获取旧容量
2. 计算新容量（旧容量+旧容量右移1位）
3. 判断新容量是否小于最小申请容量（因为最初容量为0）
4. 判断新容量是否大于最大请求容量
5. 把原来的数据复制到新分配的数组
   ——以上就是扩容的全过程

让我们来总结一下

1. 调用add()方法添加元素
2. 调用ensureCapacityInternal()开始我们的扩容逻辑
3. 调用calculateCapacity()初步修改我们的最小申请容量
4. 调用ensureExplicitCapacity()判断是否需要进行扩容
5. 调用grow()进行扩容

放出测试代码

public class ArrayLengthTest {

	public static void main(String[] args) throws Exception {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
        System.out.println("刚初始化时的长度为：" + getArrayLength(list));
        list.add("one");
        System.out.println("添加一个元素后的长度为：" + getArrayLength(list));
        for (int i = 0; i <10; i++) {
        	list.add("for");
        }
        System.out.println("添加第11个元素后的长度为：" + getArrayLength(list));
	}
	
	public static int getArrayLength(ArrayList list) throws Exception {
		Class<ArrayList> clazz = ArrayList.class;
		//通过反射获取elementData字段
		Field field = clazz.getDeclaredField("elementData");
		//设置为可访问
        field.setAccessible(true);
        //这就是获取到的elementData属性，注意它就是Object[]类型的
        Object[] elementData = (Object[])field.get(list);
        return elementData.length;
	}
}

4.怎么能少得了add(),remove()方法

4.1-add()

public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1); 
    elementData[size++] = e;
    return true;
}
//在指定的角标处插入元素
public void add(int index, E element) {
	//检查插入的角标是否越界
    rangeCheckForAdd(index);
    //扩容逻辑
    ensureCapacityInternal(size + 1);  
    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                     size - index);
    elementData[index] = element;
    size++;
}

这里回过来看一下add()方法，第一个方法已经说过了
注
意
这里看一System.arraycopy()方法

这里只是将4个数进行了挪动，而通过看上面源码，当你在ArrayList指定位置添加元素后，将会导致整个数组后半截进行挪动
4.1-remove()

public E remove(int index) {
    rangeCheck(index); //检查插入的角标是否越界
    modCount++;	//数组修改的次数+1
    E oldValue = elementData(index);
    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                         numMoved);
    elementData[--size] = null;
    return oldValue;
}

同样，在移除元素时也会导致整个数组后半截进行移动
这里，相信大家应该明白ArrayList为什么不适合做从中间增删频繁的存储