数据结构——ArrayList的源码分析(你所有的疑问，都会被解答)

一．首先来看一下ArrayList的类图：

1，实现了RandomAccess接口，可以达到随机访问的效果。

2，实现了Serializable接口，可以用来序列化或者反序列化。

3，实现了List接口，是List的实现类之一

4，实现了Collection接口，是Collection家族的成员之一

5，实现了Iterable接口，代表可以对ArrayList进行For-each遍历。

二．然后咱们来看一下ArrayList的相关属性：

1，Long serialVersionUID = 8683452581122892189L，ArrayList序列化的版本ID。

2，Int DEFAULT_CAPACITY = 10，默认的初始容量为10

3，Final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {}，用于空实例的共享空数组实例。(new ArrayList(0))

4，Final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}，用于提供默认大小的实例的共享空数组实例。(new ArrayList())

5，transient Object[] elementData。存储ArrayList的数组缓冲区，ArrayList的容量是数组的长度。

6，Int size，ArrayList中元素的数量。

三.接着来看一下ArrayList的构造方法：

有参构造方法：很清晰的可以看出，如果initalCapacity>0，那么就创建一个新的长度为initalCapacity的ArrayList，如果initakCapacity=0，就用空实例的共享空数组实例EMPTY_ELEMENTDATA。其他情况就抛出非法请求。

无参构造方法：也可以很清晰的看出，如果用户不传入初始容量，那么ArrayList就会使将默认大小的实例的共享空数组实例赋值给elementData。

带集合参数的构造方法：

这也是将集合转换为数组的一个方法。@param c，集合，代表集合中的元素都会被放到List当中。@throws 如果集合为空，就抛出空指针异常。为了防止c.toArray不正确的执行，导致没有返回一个Object[]，进行了相关的特殊处理。如果数组的大小等于0的话，那么就将默认的数组空实例大小赋值给elementData。

四．测试异常

那么为什么c.toArray会不返回一个Object[].class呢？来咱们写一些测试类，来测试一下。 

如果c.toArray一直会返回Object[].class，那么输出的结果都会是java.lang.Object。但是测试结果如下图。显然从测试结果上，可以看出java.util.ArrayList会返回一个Object对象，但是java.util.Arrays$ArrayList(Array的私有内部类ArrayList)却返回了String对象。这是为什么呢？

翻看ArrayList的toArray方法，会发现使用了Array.copyOf方法。

那么我们继续往下走，看一下这个copyOf方法已经该方法的具体实现形式。

通过这个三元运算符，也能够看出这一个复制的逻辑。如果newType是Object类型的话，那么就返回数组的类型为Object，如果不是的话，就是newType类型的。而我们在ArrayList的toArray方法里面放入的elementData前面已经讲解过是Object类型的，所以ArrayList必然就是一个Object类型。

看完ArrayList内部的toArray源码之后，我们来看一下Array中的内部ArrayList的源码：

只截取了部分源码，可以看出内置的ArrayList是直接把接收到的数组赋值给a，然后通过toArray方法，直接把a的克隆返回，而这是传入的数据是什么类型，返回的就是什么类型。所以，在我们上面的例子中，实际上返回的是String类型的数组，再将其中的元素赋值成Object类型的，自然报错。

好，看完了ArrayList的属性和构造方法，咱们来看一下ArrayList的相关方法。

五．添加元素

在列表的最后添加元素，同时在父类中的abstractList中有记录modCount属性，用来记录数组修改的次数。

在指定位置添加指定的元素：

Index代表插入元素的位置，如果当前位置已经有了元素的话，那么就将该元素和元素后面的所有元素向后移一位，可能会抛出IndexOutOfBoundsException。这时候就需要考虑扩容了。

而这两个插入的方法还需要调用一些相关的私有方法。去计算当然的容量，保证ArrayList的容量健康，源码放下面了，因为比较简单，就不多说啦。

六．扩容机制

添加方法自然和扩容是分不开的。ArrayList自然也是有一套非常完善的扩容机制的，先前不是说了吗，如果在添加元素的时候容量不足，自然就需要扩容了。

1，MAX_ARRAY_SIZE代表了整个数组最大可以分配到的size，一些虚拟机再数组中预留了一些header—words，如果想要尝试分配更大的size，很有可能会报OOM的错误。

2，minCapacity:期望的最小容量，所以扩容一定要比这个数大。

3，最大容量返回Inter.MAX_VALUE。

正常情况下，新容量是原来容量的1.5倍，如果原容量的1.5倍比minCapacity小，那么就扩容到minCapacity，特殊情况扩容到Inter.MAX_VALUE

这也就解释了为什么为什么空实例默认数组有的时候是EMPTY_ELEMENTDATA，而又有的时候是DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA。New ArrayList()会将elementData赋值为DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA，new ArrayLIst(0)，会将elementData赋值为EMPTY_ELEMENTDATA。后者添加元素会扩容到容量为1，前者扩容之后容量为10。

七．删除的方法

删除指定下面元素的方法

1，index：删除的指定下标

2，下标越界会抛出IndexOutOfBoundsException

删除指定元素的方法

如果存在，那么删除返回true，否则的话返回false，o表示指定的元素

私有的移除方法：

私有的删除方法，跳过边界检查且不返回移除的元素。

八．查找的方法

查找指定元素所在的位置

查找指定位置的元素

这个方法直接返回elementData数组指定下标的元素，效率还是很高的，所以ArrayList的for循环遍历的效率还是很高的。

九．序列化方法

ArrayList是可以序列化和反序列化的，具体实现的方法如下：

将ArrayList的实例的状态保存到一个流里面。

根据一个流重新生成一个ArrayList。根据序列化的方法可以看出，elementData之所以用transient修饰，是因为JDK不想将整个elementData都序列化或者反序列化，而只是将size和实际存储的元素进行序列化或者反序列化，从而节省空间和时间。

十．创建子数组

SubList的set()方法，是直接修改ArrayList中的elementData数组的，所以在使用的时候一定要注意，同时SubList是没有实现Serializable接口的，所以是不能序列化的。

十一．迭代器

创建迭代器的方法，和Itr相关属性，hasNext()方法和next方法，cursor表示下一个要返回的元素的下标，lastRet表示最后一个元素的下标，没有元素返回-1，expectedModCount表示期望的count。

在迭代的时候，会检验modCount是否等于expectedModCount，不等于的话就会抛出著名的ConcurrentModificationException异常。