1、ArrayList源码解析

目录

• 1 概述
• 2 底层数据结构
• 3 构造函数
• 4 自动扩容
• 5 set() get() remove()
• 6 Fail-Fast机制

1 概述

1. ArrayList实现了List接口，是 顺序容器，允许放入null元素
2. 有一个容量(capacity)，表示底层数组的实际大小。如果容量不足，容器会 自动增大底层数组的大小
3. 支持泛型，泛型擦除后，容器的元素都是 Object类型
4. ArrayList没有实现同步(synchronized)，因此它是 线程不安全的。（vector线程安全）
5. 关于数组：一旦数组初始化完成，则长度不可改变 因此ArrayList扩容时会涉及数组的拷贝

2 底层数据结构

两个重要成员变量

1. Object[] elementData：

存储列表元素的数组；该数组的长度就是列表的容量

列表的容量是指它所能存储元素的最大个数

1. size：

列表的大小。指当前列表包含的元素个数，跟容量不是一个概念

size 跟 elementData数组长度是不一样的。elementData 允许长度大于元素的个数

    transient Object[] elementData; //存储列表元素的数组
    private int size;//元素的数量
    protected transient int modCount = 0; //list的修改次数

3 构造函数

有三个构造函数：

• 指定初始容量大小时，创建一个容量为参数的Object数组，并赋值给数据数组
• 不指定初始容量大小时，数据数组赋值为一个无限容量的空数组
• 构造参数为集合类型，将参数转换成Object类型数组，并赋值给数据数组
• 注意，只有当第一次add元素时，才会指定数组的长度

参照源码：

    //指定初始容量大小时，创建一个容量为参数的Object数组，并赋值给数据数组
    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);
        }
    }
// 不指定初始容量大小时，数据数组赋值为一个无限容量的空数组
    public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
// 构造参数为集合类型，将参数转换成Object类型数组，并赋值给数据数组
    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;
        }
    }

4 自动扩容

1. 添加元素时，会判断添加后是否超出当前数组长度，超出则会执行数组扩容；
2. 数组扩容时，会将老数组中的元素重新 拷贝一份到新的数组中。（因为数组长度不可变，因此需要创建新数组）
3. 数组执行扩容，扩容后的容量为扩容前的 1.5倍
4. 尽可能评估所需要容量的大小，避免扩容。（因为扩容占用更多的内存）

参考源码:

重点！！！！！：添加前，都判断是否需要扩容：（如果size+1后，超过elementData的长度，则执行扩容，扩容为原来的1.5倍）

public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // size 初始化时是0，
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}

//计算所需容量:第一次添加时，容量为10；反则，容量为当前长度+1
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);//DEFAULT_CAPACITY = 10,即第一次添加时，数组长度变为10
    }
    return minCapacity;//如果数组不为空时，最小长度是当前长度+1
}

//再次计算数组所需容量
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;//列表修改次数递增
    //所需容量大于数组的长度,则执行扩容
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        grow(minCapacity);
}
//扩容，数组的内存状态已经发生变化了
private void grow(int minCapacity) {
    int oldCapacity = elementData.length;
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);//  新的长度为旧长度的1.5倍  【右移1位（除以2）】
    if (newCapacity - minCapacity < 0)  // 如果扩容后的长度小于所需要的最小长度，则使用最小长度(基本不会发生)
        newCapacity = minCapacity;
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)  //这里是极限的情况，即逼近数组分配的最大内存空间
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);  // 执行数组拷贝
}

5 set() get() remove()

• set()方法也就变得非常简单，直接对数组的指定位置赋值即可。

public E set(int index, E element) {
    rangeCheck(index);//下标越界检查
    E oldValue = elementData(index);
    elementData[index] = element;//赋值到指定位置，复制的仅仅是引用
    return oldValue;//返回原先位置上的元素
}

• get()方法同样很简单，唯一要注意的是由于底层数组是Object[]，得到元素后需要进行类型转换。

public E get(int index) {
    rangeCheck(index);
    return (E) elementData[index];//注意类型转换
}

• remove()方法也有两个版本，一个是remove(int index)删除指定位置的元素，另一个是remove(Object o)删除第一个满足o.equals(elementData[index])的元素。删除操作是add()操作的逆过程，需要将删除点之后的元素向前移动一个位置。需要注意的是为了让GC起作用，必须显式的为最后一个位置赋null值。

public E remove(int index) {
    rangeCheck(index);
    modCount++;
    E oldValue = elementData(index);
    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
    elementData[--size] = null; //清除该位置的引用，让GC起作用
    return oldValue;
}

6 Fail-Fast机制

ArrayList也采用了快速失败的机制，通过记录 modCount 参数来实现。在面对并发的修改时，迭代器很快就会完全失败，而不是冒着在将来某个不确定时间发生任意不确定行为的风险。