JDK集合框架--ArrayList

ArrayList，从类名就可以看出来，这是由数组实现的List，即内部是用数组保存元素的有序集合。先看看主要的成员变量，比较简单：

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
    /**
     * 默认的初始数组大小
     */
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;/**
     *用于储存具体元素的数组对象
     */
    transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
    /**
     *
     *数组中元素的数量
     */
    private int size;

三个构造函数：

/**
     *
     * 创建一个确定初始大小的数组
     * @param  initialCapacity  the initial capacity of the list
     * @throws IllegalArgumentException if the specified initial capacity
     *         is negative
     */
    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);
        }
    }

    /**
     * 不创建数组，使用默认的空数组
     */
　　 private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}

    public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

    /**
     *传入一个Collection 的实现类 并转换成Object[]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)->有些集合的toArray方法返回的对象类型可能不是Object[].class
            if (elementData.getClass() != Object[].class)
                elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
        } else {
            // 使用空数组作为初始数组
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        }
    }

如果可以大体上确定ArrayList需要所元素的数量，尽量使用ArrayList(int initialCapacity)指定初始容量，可以有效避免其扩容次数（多数底层使用数组实现的集合有相同的特点）

接下来分析其扩容机制，先看看add(E e)方法：　　　　

public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  //判断是否需要扩容
        elementData[size++] = e;//添加对象引用
        return true;
    }

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

    private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
        //即使用的是无参构造器创建对象，且是第一次添加元素的情况
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
         //如果当前所需最小容量小于默认值10，则最小值作为当前容量
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        return minCapacity;
        }

  private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;

        //如果当前所需的容量超出，之前数组大小 则进行扩容操作
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }
    //核心扩容方法
    private void grow(int minCapacity) {
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);//原来数组的1.5倍
        //新数组的大小必须至少为原数组大小的1.5倍，否则直接扩容为1.5倍
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        //新的数组长度如大于默认最大的数组长度MAX_ARRAY_SIZE
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // 创建数组，将旧数组中的数据复制到新数组中
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

   private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
       //所需最小的数组大小如果大于MAX_ARRAY_SIZE，则直接取int类型最大值，反之，取默认最大值MAX_ARRAY_SIZE
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
    }

所有的添加操作都是需要调用ensureCapacityInternal方法，判断是否需要，并进行扩容操作

这里总结一下：

　　ArrayList默认容量是10，如果初始化时一开始指定了容量，或者通过集合作为元素，则容量为指定的大小或参数集合的大小。每次扩容为原来的1.5倍，如果新增后超过这个容量，则容量为新增后所需的最小容量。如果增加0.5倍后的新容量超过限制的容量，则用所需的最小容量与限制的容量进行判断，超过则指定为Integer的最大值，否则指定为限制容量大小。然后通过数组的复制将原数据复制到一个更大(新的容量大小)的数组。

再看看ArrayList中其他动态的方法：

//根据索引移除
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; // clear to let GC do its work

        return oldValue;
    }
   //根据具体的对象移除
    public boolean remove(Object o) {
        if (o == null) {
            for (int index = 0; index < size; index++)
                if (elementData[index] == null) {
                    fastRemove(index);
                    return true;
                }
        } else {
            for (int index = 0; index < size; index++)
                if (o.equals(elementData[index])) {
                    fastRemove(index);
                    return true;
                }
        }
        return false;
    }
        //移除所有元素
        public void clear() {
        modCount++;

        // clear to let GC do its work
        for (int i = 0; i < size; i++)
            elementData[i] = null;

        size = 0;
    }

public void add(int index, E element) {
    rangeCheckForAdd(index);

    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                     size - index);
    elementData[index] = element;
    size++;
}

所有的移除工作都是找到对应的数组下标项，然后置空，具体的对象回收是jvm的工作；进行删除和插入操作时，为了维持数组中元素的连续性，则需要调用System.arraycopy()，重新并排数组元素，时间复杂度是线性的，效率很低，所以ArrayList不适合需要经常对集合进行动态操作的场景。

　　

最后看看ArrayList访问元素的方法：

    public E get(int index) {
        rangeCheck(index);

        return elementData(index);
    }

很简单，就是利用数组的索引访问，常数时间复杂度，效率很高，所以对于频繁读取的场景，使用ArrayList再好不过了