ArrayList集合（JDK1.8）

简述

List是继承于Collection接口，除了Collection通用的方法以外，扩展了部分只属于List的方法。

常用子类

 ？ArrayList介绍

1.数据结构

其底层的数据结构是数组，数组元素类型为Object类型，即可以存放所有类型数据。

2.源码分析

  2.1类的继承关系

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

说明：ArrayList继承AbstractList抽象父类，实现了List接口（规定了List的操作规范）、RandomAccess（可随机访问）、Cloneable（可拷贝）、Serializable（可序列化）。

2.2类的属性

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
    // 版本号
    private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
    // 缺省容量
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
    // 空对象数组
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    // 缺省空对象数组
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    // 元素数组
    transient Object[] elementData;
    // 实际元素大小，默认为0
    private int size;
    // 最大数组容量
    private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
}

2.3类的构造函数

 public ArrayList(int initialCapacity) {
        if (initialCapacity > 0) {       // 初始容量大于0
            this.elementData = new Object[initialCapacity];  // 初始化元素数组
        } else if (initialCapacity == 0) {  // 初始容量为0
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;  //为空对象数组
        } else {  // 初始容量小于0，抛出异常
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        }
    }

public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;  // 无参构造函数，设置元素数组为空 

 }

public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
        elementData = c.toArray();   // 转化为数组
        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);  // 不为Object数组的话就进行复制
        } else {
            // replace with empty array.
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        }
    }

说明：当传入的是集合时，会将其转成数组进行处理，并且指定elementData数组的大小，不允许初始化大小小于0，否则抛出异常。

2.4核心方法

 1.add函数

 public boolean add(E e) { // 添加元素
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { // 判断元素数组是否为空数组
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); // 取较大值
        }
        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        // 结构性修改加1
        modCount++;
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }
private void grow(int minCapacity) {
        int oldCapacity = elementData.length; // 旧容量
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // 新容量为旧容量的1.5倍
        if (newCapacity - minCapacity < 0) // 新容量小于参数指定容量，修改新容量
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) // 新容量大于最大容量
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); // 指定新容量
        // 拷贝扩容
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

 private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
    }

说明：在这里可以很清楚的看到扩容容量的计算:int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1),其中oldCapacity是原来的容量大小，oldCapacity >> 1 为位运算的右移操作，右移一位相当于除以2，所以这句代码就等于int newCapacity = oldCapacity + oldCapacity / 2；即容量扩大为原来的1.5倍。，获取newCapacity后再对newCapacity的大小进行判断，如果仍然小于minCapacity，则直接让newCapacity 等于minCapacity，而不再计算1.5倍的扩容。然后还要再进行一步判断，即判断当前新容量是否超过最大的容量 if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)，如果超过，则调用hugeCapacity方法，传进去的是minCapacity，即新增元素后需要的最小容量，如果minCapacity大于MAX_ARRAY_SIZE，则返回Integer的最大值。否则返回MAX_ARRAY_SIZE。
注意：数组在进行扩容时，会将老数组中的元素重新拷贝一份到新的数组中，每次数组容量的增长大约是其原容量的1.5倍，操作代价很高，最好在预先元素个数有多少个的情况下指定其容量。
举个栗子

说明：可以看出定义一个无参构造函数时，容器为一个空的数组，并且此时的elementData的值为0

说明：在调用了add函数之后，elementData的值被设置成初始值10，并且将元素1添加进数组中，并且size值加1

举个栗子

说明：当如果一开始定义好了集合的长度，那么在一开始初始化容器的时候，elementData的值就被设置好了

说明：而如果在后边添加的元素大于原先初始化的大小，那么ArrayList的大小会按照1.5倍的来进行动态扩建。如上，原先elementData的值为6，被扩大1.5后变成9

说明：无参构造函数也是相同的道理，如果添加的元素长度大于默认值10，会进行1.5倍进行动态扩建，即elementData的值变成15

 附：size和modCount的区别

 size是ArrayList的变量。modCount是ArrayList的父类AbstractList中的变量，默认值为0。

size记录了ArrayList中元素的数量，modCount记录的是关于元素的数目被修改的次数。modCount在ArrayList的普通操作里可能并没有看出多大用处，但是在涉及到fail-fast就主要是依靠它了。

举个栗子

说明：一开始进行add操作之后，size和modCount的值都是相同的，每次执行都进行加1

说明：当进行remove操作后，容器的元素个数发生改变，所以modCount值会进行加1，而size由于元素减少，进行减1

说明：当再次进行add操作后，size和modCount值同时也会加1

说明：进行set操作进行修改容器元素后，由于元素个数并没有发生改变，所以modCount和size的值都不会发生变化

 2、set函数

 public E set(int index, E element) {
        // 检验索引是否合法
        rangeCheck(index);
        // 旧值
        E oldValue = elementData(index);
        // 赋新值
        elementData[index] = element;
        // 返回旧值
        return oldValue;
    }

说明：设定指定下标索引的元素值。

3、indexOf函数

// 从首开始查找数组里面是否存在指定元素
    public int indexOf(Object o) {
        if (o == null) { // 查找的元素为空
            for (int i = 0; i < size; i++) // 遍历数组，找到第一个为空的元素，返回下标
                if (elementData[i]==null)
                    return i;
        } else { // 查找的元素不为空
            for (int i = 0; i < size; i++) // 遍历数组，找到第一个和指定元素相等的元素，返回下标
                if (o.equals(elementData[i]))
                    return i;
        }
        // 没有找到，返回空
        return -1;
    }

说明：从头开始查找与指定元素相等的元素，注意，是可以查找null元素的，意味着ArrayList中可以存放null元素的。与此函数对应的lastIndexOf，表示从尾部开始查找。

4、get函数

public E get(int index) {
        // 检验索引是否合法
        rangeCheck(index);

        return elementData(index);
    }

 private void rangeCheck(int index) {
        if (index >= size)
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }

 E elementData(int index) {
        return (E) elementData[index];
    }

说明：get函数会检查索引值是否合法（只检查是否大于size，而没有检查是否小于0）。在get函数中存在element函数，element函数用于返回具体的元素，返回的值都经过了向下转型（Object -> E)

举个栗子

说明：当index为负值时，程序运行会发生数组越界异常java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException

说明：而当index大于容器中的size值时，则会发生索引越界异常java.lang.IndexOutOfBoundsException

5、remove函数

 public E remove(int index) {
        // 检查索引是否合法
        rangeCheck(index);

        modCount++;
        E oldValue = elementData(index);
        // 需要移动的元素的个数
        int numMoved = size - index - 1;
        if (numMoved > 0)
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                             numMoved);
        // 赋值为空，有利于进行GC
        elementData[--size] = null;
        // 返回旧值
        return oldValue;
    }

说明：remove函数用户移除指定下标的元素，此时会把指定下标到数组末尾的元素向前移动一个单位，并且会把数组最后一个元素设置为null，这样是为了方便之后将整个数组不被使用时，会被GC，可以作为小的技巧使用。

注明：本人才疏学浅，以上仅为个人日常笔记总结使用

参考资料：【集合框架】JDK1.8源码分析之ArrayList（六）

                  浅谈ArrayList动态扩容

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