从源码分析java集合类原理（1）-ArrayList原理分析

ArrayList是一个使用频率极高的集合类，比如数据库查询返回多条数据的时候都会使用ArrayList来保存数据，ArrayList的底层数据结构其实就是一个数组，数组元素的类型为Object类型，对ArrayList的所有操作底层都是基于数组的。

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我们先从构造函数入手，ArrayList共有三个构造函数，下面我们来分别对这三个构造函数进行一个详细的分析。

（1）、带初始容量构造函数。此构造函数指定了ArrayList初始容量initialCapacity，也就是数组大小，如果容量大于0，则初始化一个大小为initialCapacity的object数组，此数组也是后续ArrayList操作的基础；如果initialCapacity等于0，则初始化一个空数组；如果initialCapacity小于0则抛异常。

带初始容量构造函数

（2）、无参构造函数。此构造函数没有任何入参，默认创建一个空数组。

无参构造函数

（3）、带集合类构造函数。 此构造函数入参为一个Collection类，将指定的Collection类的元素放入到ArrayList中，从源码可以看到，其实原理非常简单，就是用到Collection的toArray()方法。

带集合类构造函数

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分析完ArrayList的构造函数之后，我们再来看对数据元素的一些操作。

（1）、直接添加元素。上面我们讲到，ArrayList的底层数据结构就是一个数组，而数组的大小一经定义就无法改变，那么我们向ArrayList添加数据的时候就会有一个问题，数组的容量是否还能继续添加新数据，如果数组已经满了，该如何处理。围绕着这个问题，我们继续看源码

添加元素

从源码可以看到，在添加数据之前首先会去进行一个扩容的操作判断，然后将添加的元素放到最后的位置。这里最重要也是最关键的步骤就是扩容，这个也是很多面试的时候面试官会问到的地方，这个地方搞懂了，理解ArrayList的原理也差不多八九不离十了。

判断是否需要扩容

扩容

当数组放置元素的位置大于数组长度的时候，此时数组没有多余位置继续添加数据，必须对数组进行扩容，才能继续添加数据，那么具体怎么扩容呢？扩容多少呢？看源码int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);结果就是扩大为原来容量的1.5倍，然后在通过Arrays.copyOf()方法创建一个新容量的数组对象。这样看是不是很容易就理解了ArrayList的扩容机制了呢。

（2）、添加元素到指定位置。上面讲到的添加元素都是默认添加到所有元素的末尾，那么如果我们想要把元素添加到指定的数组位置呢，ArrayList提供了下面的方法将元素添加到指定位置，上源码。

添加元素到指定位置

检查位置下标有效性

其中index为指定的数组位置下标，element为我们需要添加到数组的元素，添加元素时首先需要检查index是否有效，也就是是否在数组的容量范围之内，大于数组容量和小于的0的下标都是无效下标；检查完下标之后接下来需要进行扩容判断，上面已经详细讲过，这里不再赘述；最后通过System.arraycopy将数组从index下标位置开始的数据向后移动一位，相当于将element[index]的位置可以腾出来给element元素，最后一步elementData[index] = element;将element放到index位置。至此，元素就填到指定位置。

（3）、获取元素。我们将数据放到ArrayList的目的就是为了后续程序使用数据，那么我们怎么来获取保存到ArrayList的数据呢？

根据下标获取元素

相对于添加数据而言，获取数据就简单的多了，get方法是通过下标获取对应位置的元素数据，程序首先会检验下标的有效性，跟添加元素到指定位置的下标校验一样，大于数组容量和小于的0的下标都是无效下标，程序都会报错，下标校验通过直接取数组对应下标元素返回就OK了。

（4）、删除指定位置元素。删除指定位置元素跟添加元素到指定位置是一对相反的操作，可以对应来看。

删除指定位置元素

删除指定位置元素其实也很简单，首先校验下标有效性，然后获取对应下标的元素，也就是即将删除的元素，以备方法返回，由于是删除元素，那么整个数组从删除下标开始的所有元素都需要向前移动一位，最后将最后一位元素置空，就完成了整个删除操作。

（5）、删除指定元素。

删除指定元素

删除指定元素的逻辑还是遍历数组找到该元素的位置下标，然后再根据上面所讲的删除指定位置元素来进行删除操作。

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总结：通过以上的源码的分析，我相信很多同学对ArrayList的原理有了一个比较深刻的了解，对ArrayList一系列操作无非是对数组的操作；另外还有一些需要强调的是，ArrayList是线程不安全的，它的所有方法都是没有synchronized关键字同步的，在多线程环境下会存在不可预料的问题。

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