ArrayList
属性
// 默认长度
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
// 底层是以数组格式存储
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
// 实际长度
private int size;
构造方法
ArrayList中提供了三个构造方法：
1、无参构造
/**
* Constructs an empty list with an initial capacity of ten.
*/
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
此处注意其注释，说默认容量大小是10的空数组，其实这里只是给了一个空数组。在第一次添加元素的时候才将容量扩大为10的，如下：
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}
注意calculateCapacity方法：
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); // DEFAULT_CAPACITY==10
}
return minCapacity;
}
2、自定义长度的构造方法：
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);
}
}
以上两个构造函数可以看出，如果在创建结合实例时就知道容量大小，就直接给出需要的大小，性能更高。
3、参数为Collection的构造函数：
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;
}
}
这个构造函数稍微复杂一点，逻辑大致是先将集合转化为数组，然后通过反射的机制进行数组复制 。
常用方法
以下我们通过我们惯用的“增删改查”的逻辑来看ArrayList的常用方法。
增
1、boolean add(E e)
/**
* Appends the specified element to the end of this list.
*
* @param e element to be appended to this list
* @return <tt>true</tt> (as specified by {@link Collection#add})
*/
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
我们上面提到了，这个方法是像集合中添加元素的方法，返回值是boolean类型。
注意：这个方法添加的元素都是集合的最后一个。
以下来分析底层实现：
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}
重点关注ensureExplicitCapacity方法中的grow方法：
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
这个方法主要就是集合的扩容的底层方法。
注意，重点关注：
// 将集合扩充到原来的1.5倍。如果原来的容量是奇数n，则现扩充为n+(n-1)/2的长度。（这个也是与Vector的区别之一）。
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
如果扩充1.5倍后不够用，则扩充为传入的长度；
如果传入的长度大于2^31-1-8，则调用hugeCapacity方法：
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}
2、void add(int index, E element)
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++;
}
这个方法基本与上个方法类似（底层调用的是同一个方法），不同的是，它是将元素添加到对应的位置上，同时向右移动当前位于该位置的元素以及所有后续元素（将其索引加1）。
3、boolean addAll(Collection<? extends E> c)
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCount
System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}
这个方法也不用多说，基本上看命名和参数就知道有什么用途，底层也类似。
4、boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c)
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
rangeCheckForAdd(index);
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCount
int numMoved = size - index;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,numMoved);
System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}
删
我们将几个删除方法放在一起看看：
1、E remove(int index)
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;
}
2、boolean remove
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;
}
private void fastRemove(int index) {
modCount++;
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
}以上两个方法我们可以看出，集合的删除，基本上就是数组的（复制）操作，核心方法是System.arraycopy。我们看看该方法：
public static native void arraycopy(Object src, int srcPos,
Object dest, int destPos,
int length);
该方法是一个native方法，也即该方法与平台有关，非java语言实现。此处不做过多涉及。
3、boolean removeAll(Collection<?> c)
public boolean removeAll(Collection<?> c) {
Objects.requireNonNull(c);
return batchRemove(c, false);
}
private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement) {
final Object[] elementData = this.elementData;
int r = 0, w = 0;
boolean modified = false;
try {
for (; r < size; r++)
if (c.contains(elementData[r]) == complement)
elementData[w++] = elementData[r];
} finally {
// Preserve behavioral compatibility with AbstractCollection,
// even if c.contains() throws.
if (r != size) {
System.arraycopy(elementData, r,
elementData, w,
size - r);
w += size - r;
}
if (w != size) {
// clear to let GC do its work
for (int i = w; i < size; i++)
elementData[i] = null;
modCount += size - w;
size = w;
modified = true;
}
}
return modified;
}
4、void clear()
public void clear() {
modCount++;
// clear to let GC do its work
for (int i = 0; i < size; i++)
elementData[i] = null;
size = 0;
}
一目了然，清空数组。
改
1、E set(int index, E element)
public E set(int index, E element) {
rangeCheck(index);
E oldValue = elementData(index);
elementData[index] = element;
return oldValue;
}
注意：这个方法是将原有位置的元素进行替换，长度不变。
查
public E get(int index) {
rangeCheck(index);
return elementData(index);
}
其余方法
void sort(Comparator<? super E> c)
public void sort(Comparator<? super E> c) {
final int expectedModCount = modCount;
Arrays.sort((E[]) elementData, 0, size, c);
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
modCount++;
}
集合排序。
本质
通过以上的一些分析，我们基本上可以得出一个结论，也就是ArrayList的底层是数组，对ArrayList的操作，基本都是对数组的操作，归咎到数组的复制，数组元素的移动等。我们对于这种底层的认识很重要。
拓展
关于ArrayList和Vector区别如下：
- ArrayList在内存不够时默认是扩展50% + 1个，Vector是默认扩展1倍。
- Vector提供indexOf(obj, start)接口，ArrayList没有。
- Vector属于线程安全级别的，但是大多数情况下不使用Vector，因为线程安全需要更大的系统开销。
阅读源码的一些感悟
1、在《高效能程序员的修炼》一书中看到这样一句话，任何文档都比不上看源码，所有的本源都可以在源码中找到；
2、人类的智慧真的强大，而且在不断进步。就比如几个修改：
1）初始化
2）容量扩展计算改为了位移运算
3、读源码一定要深入进去，触类旁通，多多思考，多多对比。
