Java集合框架源码分析之ArrayList

开篇寄语： 我们唯一有的是时间，成功就取决于我们怎么利用时间和它的副产品——闲暇时间。

总述： ArrayList是一个允许重复元素的集合类，内部通过数组来存储元素。

1. 类声明：

很明显，ArrayList实现了四个接口，如果你打开这四个接口的话，你会发现除了List中定义了方法，其他三个接口都是空接口，没有任何方法定义。其实，这也是一种接口的使用方式，用空接口来做标志，表明某项特性或约束。

|  RandomAccess表明ArrayList是可以随机访问的，也就是说ArrayList可以通过下标来访问

|  Cloneable表明ArrayList是可以克隆的，这就意味着ArrayList对象是可以调用Object中的clone方法的（虽然clone方法是定义在Object中，但是只有实现Cloneable接口的类对象可以调用，否则会报CloneNotSupportedException）；

|  Serializable表明ArrayList是可被序列化的。

下面，来看看ArrayList的一些核心方法。

2. 构造器

既然ArrayList内部是用数组来实现元素存储的，那么构造器必然需要对数组成员对象实例化。通过源代码，你会发现无参构造器的默认数组初始大小是10(这个经常有面试官会问，面试官其实是想知道你是否看过ArrayList源码，从而判断你对Java集合框架的使用深度，所以请记住吧)。

3. 添加元素

如果你看看add的系列方法，从源码中你会发现，凡是add系列方法，第一步都是会调用ensureCapacity方法，这个方法是用于实现ArrayList的可扩展数组能力的关键方法，它会计算比较当前元素数+1（即将被插入的元素）后的数组元素个数和数组长度，如果前者大于后者，则意味着需要扩展当前数组大小，从源代码中可以看出，这个时候会将数组大小扩展为插入前数组大小的1.5倍。

4. 删除元素

如果，您足够细心和好奇的话，会对add/remove系列方法中对于成员变量modCount的操作感到疑惑。甚至在ensureCapacity方法中，也会对先modCount做++操作，那么modCount是用来做什么的呢？其实这个modCount是用于并发控制的。让我们设想一种场景：当一个线程对一个ArrayList对象进行迭代操作时，另外一个线程在对该ArrayList对象做add操作，那么这个时候新增的元素是不能被迭代器可见的，你可能会想不可见就不可见呗，应该也不会出什么大问题吧？的确是这样，这其实也是后续博客会介绍的CopyOnWriteList设计思想，只保证元素的最终可见性，而不保证该可见性的实时性。那么，如果另一个线程在对该ArrayList进行remove操作呢，这个时候可能会发生什么呢？让我们想象极端情况，如果迭代器操作到了最后一个元素，而且其hasNext方法刚刚执行完毕，这个时候线程上下文切换，导致了该元素被remove掉，继续上下文切换，执行迭代器的next方法，这个时候很明显会发生数组下标越界的异常。为了尽早的发现这种并发导致的异常，在创建ArrayList迭代器时，会保存该modCount的一个副本，如果在迭代过程中发现该副本的值和当前modCount值不相同，则表明存在并发修改ArrayList大小的操作发生，抛出ConcurrentModificationException。那么，现在可以明白，ArrayList用抛出异常的手段既保证了元素的可见性，又保证了这种可见性的实时性，当然这也了牺牲并发性。在实际应用中，如果只需要保证元素可见性，而不需要精确的保证实时性，则可以使用CopyOnWriteList，来享受并发带来的效率提升。典型的应用场景有监听器和过滤器列表的维护，如MINA框架中就是这样做的。

5. 克隆方法

从方法实现可以看出，只是对ArrayList对象本身进行了深度克隆，并没有对底层元素也做深度克隆；如果要完整的深度克隆，则要保证其中的所有元素对象都要实现Clonable接口，并且覆盖实现克隆方法。

6. 迭代器

集合框架中的迭代器都是以成员内部类方式存在的。注意checkForComodification方法，modCount的作用就在这个方法中体现。

7. 时间复杂度

|  插入指定元素的时间复杂度很明显是O(1)；插入指定索引位置的时间复杂度为O(N)，主要是要移动元素位置。

|  删除操作的时间复杂度为O(N)，因为删除后都需要移动元素。

|  查询元素的时间复杂度为O(1)，因为可以根据索引随机访问元素。