Java 2源码解读：java.util.ArrayList

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ArrayList是List接口的一个可变长数组实现。实现了所有List接口的操作，并允许存储null值。除了没有进行同步，ArrayList基本等同于Vector。在Vector中几乎对所有的方法都进行了同步，但ArrayList仅对writeObject和readObject进行了同步，其它比如add(Object)、remove(int)等都没有同步。

1.存储

ArrayList使用一个Object的数组存储元素。
privatetransientObjectelementData[];
ArrayList实现了java.io.Serializable接口，这儿的transient标示这个属性不需要自动序列化。下面会在writeObject()方法中详细讲解为什么要这样作。

2.add和remove

1. publicbooleanadd(Objecto){
2. ensureCapacity(size+1);//IncrementsmodCount!!
3. elementData[size++]=o;
4. returntrue;
5. }

注意这儿的ensureCapacity()方法，它的作用是保证elementData数组的长度可以容纳一个新元素。在“自动变长机制”中将详细讲解。

1. publicObjectremove(intindex){
2. RangeCheck(index);
3. modCount++;
4. ObjectoldValue=elementData[index];
5. intnumMoved=size-index-1;
6. if(numMoved>0)
7. System.arraycopy(elementData,index+1,elementData,index,
8. numMoved);
9. elementData[--size]=null;//Letgcdoitswork
10. returnoldValue;
11. }

RangeCheck()的作用是进行边界检查。由于ArrayList采用一个对象数组存储元素，所以在删除一个元素时需要把后面的元素前移。删除一个元素时只是把该元素在elementData数组中的引用置为null，具体的对象的销毁由垃圾收集器负责。
modCount的作用将在下面的“iterator()中的同步”中说明。
注：在前移时使用了System提供的一个实用方法：arraycopy()，在本例中可以看出System.arraycopy()方法可以对同一个数组进行操作，这个方法是一个native方法，如果对同一个数组进行操作时，会首先把从源部分拷贝到一个临时数组，在把临时数组的元素拷贝到目标位置。

3.自动变长机制

在实例化一个ArrayList时，你可以指定一个初始容量。这个容量就是elementData数组的初始长度。如果你使用：

1. ArrayListlist=newArrayList();

则使用缺省的容量：10。

1. publicArrayList(){
2. this(10);
3. }

ArrayList提供了四种add()方法，

• publicbooleanadd(Objecto)
  
• publicvoidadd(intindex,Objectelement)
  
• publicbooleanaddAll(Collectionc)
  
• publicbooleanaddAll(intindex,Collectionc)

在每一种add()方法中，都首先调用了一个ensureCapacity(intminiCapacity)方法，这个方法保证elementData数组的长度不小于miniCapacity。ArrayList的自动变长机制就是在这个方法中实现的。

1. publicvoidensureCapacity(intminCapacity){
2. modCount++;
3. intoldCapacity=elementData.length;
4. if(minCapacity>oldCapacity){
5. ObjectoldData[]=elementData;
6. intnewCapacity=(oldCapacity*3)/2+1;
7. if(newCapacity<minCapacity)
8. newCapacity=minCapacity;
9. elementData=newObject[newCapacity];
10. System.arraycopy(oldData,0,elementData,0,size);
11. }
12. }

从这个方法实现中可以看出ArrayList每次扩容，都扩大到原来大小的1.5倍。
每种add()方法的实现都大同小异，下面给出add(Object)方法的实现：

1. publicbooleanadd(Objecto){
2. ensureCapacity(size+1);//IncrementsmodCount!!
3. elementData[size++]=o;
4. returntrue;
5. }

4.iterator()中的同步

在父类AbstractList中定义了一个int型的属性：modCount，记录了ArrayList结构性变化的次数。

1. protectedtransientintmodCount=0;

在ArrayList的所有涉及结构变化的方法中都增加modCount的值，包括：add()、remove()、addAll()、removeRange()及clear()方法。这些方法每调用一次，modCount的值就加1。
注：add()及addAll()方法的modCount的值是在其中调用的ensureCapacity()方法中增加的。

AbstractList中的iterator()方法（ArrayList直接继承了这个方法）使用了一个私有内部成员类Itr，生成一个Itr对象（Iterator接口）返回：

1. publicIteratoriterator(){
2. returnnewItr();
3. }

Itr实现了Iterator()接口，其中也定义了一个int型的属性：expectedModCount，这个属性在Itr类初始化时被赋予ArrayList对象的modCount属性的值。

1. intexpectedModCount=modCount;

注：内部成员类Itr也是ArrayList类的一个成员，它可以访问所有的AbstractList的属性和方法。理解了这一点，Itr类的实现就容易理解了。

在Itr.hasNext()方法中：

1. publicbooleanhasNext(){
2. returncursor!=size();
3. }

调用了AbstractList的size()方法，比较当前光标位置是否越界。

在Itr.next()方法中，Itr也调用了定义在AbstractList中的get(int)方法，返回当前光标处的元素：

1. publicObjectnext(){
2. try{
3. Objectnext=get(cursor);
4. checkForComodification();
5. lastRet=cursor++;
6. returnnext;
7. }catch(IndexOutOfBoundsExceptione){
8. checkForComodification();
9. thrownewNoSuchElementException();
10. }
11. }

注意，在next()方法中调用了checkForComodification()方法，进行对修改的同步检查：

1. finalvoidcheckForComodification(){
2. if(modCount!=expectedModCount)
3. thrownewConcurrentModificationException();
4. }

现在对modCount和expectedModCount的作用应该非常清楚了。在对一个集合对象进行跌代操作的同时，并不限制对集合对象的元素进行操作，这些操作包括一些可能引起跌代错误的add()或remove()等危险操作。在AbstractList中，使用了一个简单的机制来规避这些风险。这就是modCount和expectedModCount的作用所在。

5.序列化支持

ArrayList实现了java.io.Serializable接口，所以ArrayList对象可以序列化到持久存储介质中。ArrayList的主要属性定义如下：

• privatestaticfinallongserialVersionUID=8683452581122892189L;
  
• privatetransientObjectelementData[];
  
• privateintsize;

可以看出serialVersionUID和size都将自动序列化到介质中，但elementData数组对象却定义为transient了。也就是说ArrayList中的所有这些元素都不会自动系列化到介质中。为什么要这样实现？因为elementData数组中存储的“元素”其实仅是对这些元素的一个引用，并不是真正的对象，序列化一个对象的引用是毫无意义的，因为序列化是为了反序列化，当你反序列化时，这些对象的引用已经不可能指向原来的对象了。所以在这儿需要手工的对ArrayList的元素进行序列化操作。这就是writeObject()的作用。

1. privatesynchronizedvoidwriteObject(java.io.ObjectOutputStreams)
2. throwsjava.io.IOException{
3. //Writeoutelementcount,andanyhiddenstuff
4. s.defaultWriteObject();
5. //Writeoutarraylength
6. s.writeInt(elementData.length);
7. //Writeoutallelementsintheproperorder.
8. for(inti=0;i<size;i++)
9. s.writeObject(elementData[i]);
10. }

这样元素数组elementData中的所以元素对象就可以正确地序列化到存储介质了。
对应的readObject()也按照writeObject()方法的顺序从输入流中读取：

1. privatesynchronizedvoidreadObject(java.io.ObjectInputStreams)
2. throwsjava.io.IOException,ClassNotFoundException{
3. //Readinsize,andanyhiddenstuff
4. s.defaultReadObject();
5. //Readinarraylengthandallocatearray
6. intarrayLength=s.readInt();
7. elementData=newObject[arrayLength];
8. //Readinallelementsintheproperorder.
9. for(inti=0;i<size;i++)
10. elementData[i]=s.readObject();
11. }