ArrayList源码解析（一）

源码解析系列主要对Java的源码进行详细的说明，由于水平有限，难免出现错误或描述不准确的地方，还请大家指出。

1.位置

ArrayList位于java.util包中。

 package java.util;

 import java.util.function.Consumer;
 import java.util.function.Predicate;
 import java.util.function.UnaryOperator;

2.变量和常量

先明确一点，ArrayList是采用Object类型的数组实现的。

ArrayList开始定义了一些常量和变量：

private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;

    /**
     * Default initial capacity.     * ArrayList初始化默认容量大小为10，见无参构造函数。
     */
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

    /**
     * Shared empty array instance used for empty instances.     * 空实例共享的空数组实例。
     */
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    /**
     * Shared empty array instance used for default sized empty instances. We
     * distinguish this from EMPTY_ELEMENTDATA to know how much to inflate when
     * first element is added.     * 默认大小的空实例共享的空数组实例。将它与EMPTY_ELEMENTDATA区分开，以便确定当添加了第一个成员之后扩充多大。     */

    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}; 

  /**     * The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored.     * The capacity of the ArrayList is the length of this array buffer. Any     * empty ArrayList with elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA     * will be expanded to DEFAULT_CAPACITY when the first element is added.     * ArrayList成员存储在这个数组缓冲区中。    * 容量大小是这个缓冲区的长度，任何elementDate==DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA的空ArrayList    * 在添加第一个成员时都会扩充到DEFAULT_CAPACITY大小，即容量为10。    */ 

    transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access 

 /**    * The size of the ArrayList (the number of elements it contains).    * ArrayList的大小，注意是实际包含的成员个数。   * @serial    */     private int size;

3.构造函数

ArrayList有三个构造函数：

1）无参构造函数

    /**
     * Constructs an empty list with an initial capacity of ten.     * 构造一个初始容量为10的空list。
     */
    public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

注意，这里说构造一个初始容量为10的空list，但是赋给elementData的只是一个空的数组（原因后续说明）。

2）带指定初始容量参数的构造函数

 /**
     * Constructs an empty list with the specified initial capacity.
     * 构造一个指定了初始容量的空list。
     * @param  initialCapacity  the initial capacity of the list     *         initialCapacity指定list的初始容量
     * @throws IllegalArgumentException if the specified initial capacity
     *         is negative     *         当指定容量值为负值时，抛出IllegalArgumentException异常
     */
    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);
        }
    }

当指定的初始容量值大于零时，新建一个大小为initialCapacity的Object数组，并赋 elementData；

当指定的初始容量值为零时，将 EMPTY_ELEMENTDATA赋给elementData。

3）使用指定Collection构造ArrayList的构造函数

    /**
     * Constructs a list containing the elements of the specified
     * collection, in the order they are returned by the collection's
     * iterator.
     * 构造一个包含指定Collection成员的list，成员的排列顺序与使用Collection的     * iterator返回的顺序一致。
     * @param c the collection whose elements are to be placed into this list     *        c 指定的Collection，它的所有元素都会被放在构造的list中
     * @throws NullPointerException if the specified collection is null     *         当指定的Collection为null是抛出NullPointerException异常
     */
    public ArrayList(Collection<? extends E> 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;
        }
    }

既然是从指定的Collection构造ArrayList，那么成员的类型就要保持不变，即ArrayList中的成员类型与Collection中的成员类型要相同。

先利用toArray()将Collection c转换为数组，并让elementData指向这个数组；

接下来，取出elementData的成员个数并赋值给size；

如果size不为0，则判断elementData的成员类是否与Object类相同，不同则进行一次copy操作，并进行类型转换；

如果size为0，则将elementData指向EMPY_ELEMENTDATA。

4.trimToSize()方法

/**
     * Trims the capacity of this <tt>ArrayList</tt> instance to be the
     * list's current size.  An application can use this operation to minimize
     * the storage of an <tt>ArrayList</tt> instance.     * 将ArrayList实例的容量trim为list的当前size。     * 应用可以使用这个方法来最小化ArrayList实例的存储空间。
     */
    public void trimToSize() {
        modCount++;
        if (size < elementData.length) {
            elementData = (size == 0)
              ? EMPTY_ELEMENTDATA
              : Arrays.copyOf(elementData, size);
        }
    }

modCount用来记录修改次数，modCount主要用于多线程环境下，因为ArrayList是非线程安全的，这里使用了Fail-Fast机制。任何对ArrayList的修改都会增加modCount的值，在迭代器初始化过程中会将这个值赋给迭代器的 expectedModCount。在迭代过程中，会判断 modCount是否等于 expectedModCount，如果不等，说明其他线程修改了ArrayList，就要抛出ConcurrentModificationException 异常。

理解这个函数的前提是分清楚size和length的不同之处：

size是ArrayList实际包含的成员个数；而length是ArrayList的容量，即最多容纳多少元素。

比如ArrayList的length可以为10，但是只包含6个成员，其余为null。

trimToSize()方法的目的就是使length等于size，以节约存储空间。

当size小于elementData的length时：

如果size为0，说明 elementData 不包含任何成员，把elementData指向 EMPTY_ELEMENTDATA 即可；

如果size不为0，说明elementData包含成员，这时调用copyOf()，做一次copy，使ArrayList的容量大小和size相等（这里主要目的是理解ArrayList，暂时不对copyOf()进行说明，后续文章详细介绍）。

下篇文章我们主要分析ArrayList的扩容机制。