Java集合-ArrayList源码解析-JDK1.8

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ArrayList简介
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ArrayList 是一个数组队列，相当于动态数组。与Java中的数组相比，它的容量能动态增长。它继承于AbstractList，实现了List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable这些接口。

AbstractList、List提供了添加、删除、修改、遍历等功能。
RandmoAccess提供了随机访问功能
Cloneable提供了可以被克隆的功能
Serializable提供了序列化的功能
和Vector不同，ArrayList中的操作不是线程安全的！所以，建议在单线程中才使用ArrayList，而在多线程中可以选择Vector或CopyOnWriteArrayList。

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ArrayList的属性
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/** * 数组默认的大小 */
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
/** * 使用数组大小为0时的默认缓冲区 */
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/** * 使用ArrayList(int initialCapacity)构造方法时且initialCapacity为0时缓冲区 */
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/** * 真实存储arraylist元素的数组缓冲区 */
transient Object[] elementData; 
// non-private to simplify nested class access
/** * List的实际大小 */
private int size;
/** * 数组可分配的最大大小 */
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8; 
/** *  特别注意这个是继承自AbstractList的属性，用来记录List被修改的次数 */
protected transient int modCount = 0;复制代码

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ArrayList的构造方法
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 /** * 无参构造方法，初始化elementData */
public ArrayList() { 
   this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;}
/** * 根据参数构建具有初始大小的构造方法 */
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); 
   }}/** * 创建一个包含collection的ArrayList */
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; 
   }}复制代码

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ArrayList的方法
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接下来我们就以ArrayList的几个比较经典的方法来看一下它是如何设计的。

首先是添加方法，添加的方法一共有3个：

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/**    * 添加元素    */   public boolean add(E e) {       //计算数组最新的容量，以及判断是否需要扩容       ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!       elementData[size++] = e;       return true;   }   /**    * 指定索引添加元素    */   public void add(int index, E element) {       //判断索引是否越界       rangeCheckForAdd(index);       //计算数组最新的容量，以及判断是否需要扩容       ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!       //调用系统底层的复制方法       System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,               size - index);       elementData[index] = element;       //List长度+1       size++;   }    /**    * 添加一个集合    */   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;   }复制代码

仔细观察上方三个添加的方法，它们都调用了ensureCapacityInternal方法，这个方法的参数是执行当前添加操作所需要的数组容量。它会根据传递的参数来计算数组是否需要扩容，如果需要扩容则完成扩容操作。
不同之处在于，上方的两个方法添加的只有一个元素，所以传的size+1，而addAll因为是添加的一个集合所以传的参数是size+集合的长度。

接着看这个方法的实现：

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/**    * 计算数组最新的容量    * @param minCapacity    */   private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {       //如果创建ArrayList时指定大小为0       if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {           //如果本次添加的大小比初始容量10大的话则不使用默认的容量10，直接使用本次添加的大小作为初始容量           minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);       }       ensureExplicitCapacity(minCapacity);   }   /**    * 记录修改次数，调用扩容方法    * @param minCapacity    */   private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {       modCount++;       // overflow-conscious code       if (minCapacity - elementData.length > 0)           //扩容           grow(minCapacity);   }   /**    * 扩容    */   private void grow(int minCapacity) {       // 获取原来的数组长度       int oldCapacity = elementData.length;       //新容量设置为老容量的1.5倍       int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);       //如果新容量还不够存放本次需要添加的大小，则直接扩容到本次添加的大小       if (newCapacity - minCapacity < 0)           newCapacity = minCapacity;       //如果新容量超出数组最大容量       if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)           newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);       // 调用Arrays的复制方法更新数据缓冲池       elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);   }     //判断容量是否溢出   private static int hugeCapacity(int minCapacity) {       if (minCapacity < 0) // overflow           throw new OutOfMemoryError();       return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?               Integer.MAX_VALUE :               MAX_ARRAY_SIZE;   }复制代码

以上就是ArrayList动态扩容的实现方式了，这里注意一下扩容是通过新建一个数组来替换原先的数组来进行的：

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elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);复制代码

接下来看删除操作：

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/**    * 遍历数组，找出需要删除的元素的索引，并调用删除方法    */   public boolean remove(Object o) {       if (o == null) {           for (int index = 0; index < size; index++)               if (elementData[index] == null) {                   //具体删除方法                   fastRemove(index);                   return true;               }       } else {           for (int index = 0; index < size; index++)               if (o.equals(elementData[index])) {                   fastRemove(index);                   return true;               }       }       return false;   }/**    * 删除指定索引的元素    *    */   public E remove(int index) {       //判断是否越界       rangeCheck(index);       //记录修改次数       modCount++;       E oldValue = elementData(index);       //计算需要移动的位置       int numMoved = size - index - 1;       if (numMoved > 0)           //使用系统底层方法移动数组，将需要删除的元素放到数组最后           System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,                   numMoved);       //数组长度减一，删除数组最后一个位置的元素       elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work       return oldValue;   }   /*    * 删除指定元素    */   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   }复制代码

需要注意的是删除一个元素也是通过底层的方法实现的。

接着看get和set相对就比较简单了。

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public E get(int index) {       //判断索引是否越界       rangeCheck(index);       return elementData(index);   }    /**    * 判断索引是否越界    */   private void rangeCheck(int index) {       if (index >= size)           throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));   }   public E set(int index, E element) {       //判断索引是否越界       rangeCheck(index);       //获取此索引原先的值       E oldValue = elementData(index);       elementData[index] = element;       return oldValue;   }复制代码

看了ArrayList的增删改查方法相信你已经明白了为什么一直有人告诉你ArrayList查询修改效率高而添加和删除效率低了。

ArrayList的序列化方式同样是比较有意思的，一开始看到ArrayList实现了Serializable我们就知道它是可以序列化的，但是实际存储的数组elementData却是transient，观看下方代码你就可以找到答案：

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/**   * 将List写入s，注意先写容量，然后在写数据   * @param s   * @throws java.io.IOException   */  private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)          throws java.io.IOException{      // Write out element count, and any hidden stuff      int expectedModCount = modCount;      s.defaultWriteObject();      // 首先写数组容量      s.writeInt(size);      // 遍历写数组中的元素      for (int i=0; iif (modCount != expectedModCount) {          throw new ConcurrentModificationException();      }  }  /**   * 读取s中的List   */  private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)          throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {      elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;      // Read in size, and any hidden stuff      s.defaultReadObject();      // 首先读数组容量      s.readInt(); // ignored      if (size > 0) {          // be like clone(), allocate array based upon size not capacity          ensureCapacityInternal(size);          Object[] a = elementData;          // Read in all elements in the proper order.          for (int i=0; i复制代码

鉴于篇幅有限，本篇文章仅列出上方部分代码，ArrayList完整源码解析请看：github.com/shiyujun/sy…！！！

Java集合-ArrayList源码解析-JDK1.8

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