深入淺出！阿里P7架構師帶你分析ArrayList集合源碼，建議是先收藏再看！
ArrayList簡介
ArrayList 是 Java 集合框架中比較常用的數據結構了。ArrayList是可以動態增長和縮減的索引序列，內部封裝了一個動態再分配的Object[]數組
這裡我們可以看到ArrayList繼承抽象類AbstractList，實現了 List 介面，同時還實現了 RandomAccess、Cloneable、Serializable 介面，所以ArrayList 是支援快速訪問、複製、序列化的。
主要成員變數
// 底層存儲元素的數組
transient Object[] elementData;
// ArrayList的實際大小
private int size;
注意：size 才是 elementData數組中實際的元素個數，而 elementData.length 為數組的容量，表示最多可以容納多少個元素。
// ArrayList的默認初始化容量
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
ArrayList的默認初始容量大小為 10。
// 記錄對List操作的次數
protected transient int modCount = 0;
這個變數是定義在 AbstractList 中的，主要使用是在 Iterator，目的是防止在List在迭代的過程中被修改。
// 空的Object類型數組
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 空的Object類型數組
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
兩個空的數組有什麼區別呢？簡單來講就是第一次添加元素（使用add方法）時知道elementData是從空的構造函數還是有參構造函數被初始化的。以便確認下一步的擴容機制。
構造函數
ArrayList類共有三種構造函數：
- 無參構造函數
- 帶有參數為初始容量initialCapacity的構造函數
- 帶有參數為Collection集合的構造函數
1、無參構造函數
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
注意：雖然在源碼的注釋中說該構造函數構造一個容量大小為 10 的空的ArrayList，但實際上構造函數只是給 elementData 賦值了一個空的數組（DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA），在第一次向ArrayList添加元素時容量才擴大至10的。
2、帶有參數為初始容量initialCapacity的構造函數
public ArrayList(int initialCapacity) {
// 如果initalCapacity大於0，直接創建一個長度Object數組賦值為elementData；
if (initialCapacity > 0) {
this.elementData = new Object[initialCapacity];
}
// 如果initalCapcity等於0，直接將空數組EMPETY_ELEMENTDATA複製給elementData
else if (initialCapacity == 0) {
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
// 如果initalCapcity小于于0，則拋出異常IllegalArgumentException
else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}
當 initialCapacity 為0時則是把 EMPTY_ELEMENTDATA 賦值給 elementData。 當 initialCapacity 大於零時初始化一個大小為 initialCapacity 的 object 數組並賦值給 elementData。
3、帶有參數為Collection集合的構造函數
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
// 將 Collection 轉化為數組並賦值給elementData
elementData = c.toArray();
// 把elementData中元素的個數賦值給size並判斷其是否為0
if ((size = elementData.length) != 0) {
// 如果 size 不為零，則判斷 elementData 的 class 類型是否為 Object[]，不是的話則做一次轉換。
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
}
// 如果 size 為零，則把 EMPTY_ELEMENTDATA 賦值給 elementData，相當於new ArrayList(0)。
else {
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}
該構造方法主要就是將Collection集合的實現類轉換為ArrayList。
主要操作方法
add方法（添加單個元素）
public boolean add(E e) {
// 先確認ArrayList集合容量大小
ensureCapacityInternal(size + 1);
// 先給elementData中size位置賦值為e，然後size自增
elementData[size++] = e;
return true;
}
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
// 如果elementData為默認的空數組，則給minCapacity賦值為初始的默認容量
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
// modCount自增，並確定容量大於數組的長度
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
// modCount自增，修改次數加1
modCount++;
// 如果minCapacity超過了數組長度，則進行擴容
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
上述三個函數的調用關係很簡單，也很清楚。
- 在add方法中，每次添加元素到ArrayList中時都會先確認下集合容量大小，然後將size位置的元素賦值為e，size再進行自增。
- 在ensureCapacityInternal方法中先對elementData進行判斷 ，如果elementData為 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 就取 DEFAULT_CAPACITY 和 minCapacity 的最大值也就是10。這就是 EMPTY_ELEMENTDATA 與 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 的區別所在。同時也驗證了上面的說法：使用無參構造函數時是在第一次添加元素時初始化容量為10 。
- ensureExplicitCapacity 方法中首先對modCount 自增1，記錄操作次數，然後如果 minCapacity 大於 elementData 的長度，則對集合進行擴容。顯然當第一次添加元素時 elementData 的長度為零。那我們來看看 grow 函數。
private void grow(int minCapacity) {
// ArrayList的舊容量為數組長度
int oldCapacity = elementData.length;
// 將新容量賦值為原容量的1.5倍（左移一位相當於除以二）
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
// 如果此時新容量還是小於添加元素後的容量，則將新容量直接賦值為添加元素後的容量
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
// 如果此時新容量大於數組的最大大小，則返回上限最大的容量
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// 把舊的數組elementData拷貝到新的elementData，並將容量設置為newCapacity
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
默認將list的容量擴容至原來容量的 1.5 倍。但是擴容之後也不一定適用，有可能太小，有可能太大。所以才會有下面兩個 if 判斷。如果1.5倍太小的話，則將增加元素的容量大小賦值給newCapacity，如果1.5倍太大或者我們需要的容量太大，則調用hugeCapacity函數，給newCapacity賦一個合適的值。最後將原數組中的數據複製到大小為 newCapacity 的新數組中，並將新數組賦值給 elementData。
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
// 如果minCapacity小於0，就拋出異常
if (minCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
// 如果此時增加元素後得minCapacity大於數組的最大長度就返回整數最大值，否則返回數組最大值
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}
add方法（批量添加，在指定位置添加）
public void add(int index, E element) {
// 檢查index是否越界
rangeCheckForAdd(index);
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}
public boolean addAll(Collection<? extends E> 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;
}
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
rangeCheckForAdd(index);
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCount
int numMoved = size - index;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew, numMoved);
System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}
這三個方法基本思路與上述add方法基本思路是一致，部落客這裡就不再贅述了。
remove方法
public E remove(int index) {
// 檢查index是否越界，如果越界則拋出異常
rangeCheck(index);
// modCount自增，修改次數加一
modCount++;
// 獲取elementData在index位置的值
E oldValue = elementData(index);
// 獲取後移的位置長度
int numMoved = size - index - 1;
// 如果大於零，則調用System.arraycopy方法完成數組移動
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
// size自減，並將elementData索引值為size的元素引用賦值為空，讓GC對他進行回收
elementData[--size] = null;
// 返回index位置的值
return oldValue;
}
當我們調用 remove(int index) 時，首先會檢查 index 是否合法，然後再判斷要刪除的元素是否位於數組的最後一個位置。如果 index 不是最後一個，就再次調用 System.arraycopy() 方法拷貝數組。說白了就是將從 index + 1 開始向後所有的元素都向前挪一個位置。然後將數組的最後一個位置空，size – 1。如果 index 是最後一個元素那麼就直接將數組的最後一個位置空，size – 1即可。
public boolean remove(Object o) {
// 如果o為空，則查找數組中為空的索引，並調用fastRemove方法進行刪除，並返回true
if (o == null) {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (elementData[index] == null) {
fastRemove(index);
return true;
}
}
// 如果o不為空，則查找數組中與該元素相等的索引，並調用fastRemove方法進行刪除，並返回true
else {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (o.equals(elementData[index])) {
fastRemove(index);
return true;
}
}
// 如果list中不存在則返回false
return false;
}
下面我們在看fastRemove方法，fastRemove方法相較於remove（int index）方法少了一步對index的判斷，因為remove（Object o）就是在數組中進行查詢一定是合法的，所以在fastRemove中沒必要對index進行判斷。
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
}
get方法
public E get(int index) {
// 檢查index是否合法，是否越界
rangeCheck(index);
// 利用數組的特點，直接訪問數組中該索引位置上的元素
return elementData(index);
}
總結
- ArrayList可以存放null。
- ArrayList本質上就是一個elementData數組。
- ArrayList區別於數組的地方在於能夠自動擴展大小，其中關鍵的方法就是gorw()方法。
- ArrayList中removeAll(collection c)和clear()的區別就是removeAll可以刪除批量指定的元素，而clear是全是刪除集合中的元素。
- ArrayList由於本質是數組，所以它在數據的查詢方面會很快，而在插入刪除這些方面，性能下降很多，有移動很多數據才能達到應有的效果
- ArrayList實現了RandomAccess，所以在遍歷它的時候推薦使用for循環。
最後
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