ArrayList继承自AbstractList,实现了List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable接口。ArrayList内部是一个动态数组,与Java中的数组相比,它的容量能动态增长。

简述

ArrayList 是容量可变的非线程安全列表,使用数组实现,集合扩容时会创建更大的数组,把原有数组复制到新数组。支持对元素的快速随机访问,但插入与删除速度很慢。ArrayList 实现了 RandomAcess 标记接口,如果一个类实现了该接口,那么表示使用索引遍历比迭代器更快。

elementData是 ArrayList 的数据域,被 transient 修饰,序列化时会调用 writeObject 写入流,反序列化时调用 readObject 重新赋值到新对象的 elementData。原因是 elementData 容量通常大于实际存储元素的数量,所以只需发送真正有实际值的数组元素。

size 是当前实际大小,elementData 大小大于等于 size。

*modCount *记录了 ArrayList 结构性变化的次数,继承自 AbstractList。所有涉及结构变化的方法都会增加该值。expectedModCount 是迭代器初始化时记录的 modCount 值,每次访问新元素时都会检查 modCount 和 expectedModCount 是否相等,不相等就会抛出异常。这种机制叫做 fail-fast,所有集合类都有这种机制。

首先了解ArrayList内部的属性

    // 序列化id
    private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
    //ArrayList的初始容量大小
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
    //空对象数组
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    //空对象数组,如果使用默认构造函数创建,则默认对象内容默认是该值  
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    //存放当前数据,不参与序列化
    transient Object[] elementData;
    //list大小
    private int size;
    //list最大长度
    private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

elementData:这是个 Object 类型的数组,用于存储具体元素,其表示的数组的大小。
size:用来记录 ArrayList 当前元素个数,默认为 0。

ArrayList构造方法

//默认构造方法,将elementData初始化为DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTD(及空数组)
    public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
    //指定容量的构造方法,传入参数小于0抛出异常,否则创建指定容量的
    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);
      }
    }
    /**
    *传入参数为Collection对象,先调用toArray()方法将Collection对象转换为Object[]
    *更新size的值,同时判断size的大小,如果是size等于0,直接将空对象EMPTY_ELEMENTDATA的地址赋给elementData
    *如果size的值大于0,则执行Arrays.copy方法,把collection对象的内容(可以理解为深拷贝)copy到elementData中,代码注释toArray可能不是返回Object[],所以进行深拷贝
    **/
    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;
        }
    }

在初始化时调用了 ArrayList 的构造方法,这个构造方法只做了一件事,将 elementData 初始化为空数组。
在初次调用 add 方法时,ArrayList 会进行第一次扩容,将 elementData 扩容成容量为 10 的数组,然后再添加元素。
当 ArrayList 已经达到当前最大容量,会再次第二次扩容,将 elementData 扩容成容量为 1原有容量的 1.5 倍),然后再添加元素

其中在构造法方法中,DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 由前文可知是一个内部常量,值为空数组,也被用来作为空数组的标识。在后面调用 add 方法时也是通过这个常量来判断是否第一次调用。

ArrayList的方法

// 添加元素之前先检查容量,若容量不足则调用grow()方法,然后将元素添加到队尾,返回true
    public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }
    /**
    *首先检查index是否在size范围之内,确保数组已使用长度(size)加1之后足够存下一个数据
    *然后将index之后的元素全部向后挪一位,再进行赋值
    **/
    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++;
    }
    /**
    *首先判断index是否超出范围,然后返回指定元素值
    **/
    public E get(int index) {
        rangeCheck(index);
        return elementData(index);
    }
    /**
    *首先判断index是否超出范围,然后将指定索引的数组元素赋值
    **/
    public E set(int index, E element) {
        rangeCheck(index);

        E oldValue = elementData(index);
        elementData[index] = element;
        return oldValue;
    }
    /**
    *首先判断index是否超出范围,numMoved 计算移除元素后需要移动的元素个数
    *通过System.arraycopy方法将后面的元素前移一位,并将最后一为赋值为null,最后返回移除元素的值
    */
    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; // clear to let GC do its work

        return oldValue;
    }

    /**
    *需要遍历整个list去匹配移除元素的值
    */
    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;
    }

    /**
    *需要遍历整个list去匹配元素值,然后返回第一个匹配元素的索引值,否则返回-1
    */
    public int indexOf(Object o) {
        if (o == null) {
            for (int i = 0; i < size; i++)
                if (elementData[i]==null)
                    return i;
        } else {
            for (int i = 0; i < size; i++)
                if (o.equals(elementData[i]))
                    return i;
        }
        return -1;
    }

ArrayList的主要方法

//minCapacity 最小即为初始容量大小10
    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }

    //需求长度大于现在长度,则扩充数组长度
    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;
        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }
    /**
    *首先将oldCapacity 右移一位缩小1/2,newCapacity 扩大为oldCapacity 的1.5倍
    *如果newCapacity不能满足需求,那就直接扩大为minCapacity大小
    *如果newCapacity超过list最大容量,则返回Interger类型最大值
    *最后更新elementData 
    **/
    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);
    }

ensureCapacityInternal (int miniCapacity): 用于判断是否第一次调用,通过构造方法里用来赋值的常量 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 判断。

第一次调用:将所需最小容量(即 miniCapacity)设置为 10,然后调用 ensureExplicitCapacity 方法进行扩容
非第一次调用:直接调用 ensureExplicitCapacity 方法进行扩容

ensureExplicitCapacity (int minCapacity): 用于判断是否需要扩容

modCount 主要是在调用 iterator 方法时用来防止 list 被修改,在这里可以忽略不计

grow (int miniCapacity): 实际扩容操作