从面试角度分析ArrayList源码

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ArrayList类图如下：

ArrayList的底层是由数组实现的，数组的特点是固定大小，而ArrayList实现了动态扩容。

ArrayList部分变量如下，在下面的分析中会用到这些变量。

/** 
 * 默认容量 
 */ 
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; 
/** 
 * 空的对象数组 
 */ 
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {}; 
/** 
 * 无参构造器创建的空数组 
 */ 
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}; 
/** 
 * 存放数据的数组的缓存变量 
 */ 
transient Object[] elementData; 
/** 
 * 元素数量 
 */ 
private int size; 

一 初始化ArrayList

初始化ArrayList一般会使用以下两个构造器

1.1 无参构造器

初始化ArrayList的时候如果不指定大小，则会创建一个空数组。

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

1.2 指定数组大小的构造器

创建一个预估大小的数组，指定大小后只是指定了数组初始值的大小，不影响后面扩容，指定的好处就是可以节省内存及时间上的开销。

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); 
    } 
} 

二 添加元素、动态扩容

ArrayList.add(E e)源码：

public boolean add(E e) { 
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!! 
    elementData[size++] = e; 
    return true; 
} 

add()中elementData[size++] = e很好理解，就是将元素插入第size个位置，然后将size++，我们重点来看看ensureCapacityInternal(size + 1)方法;

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { 
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { 
        minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); 
    } 
    ensureExplicitCapacity(minCapacity); 
} 

ensureCapacityInternal()方法中判断缓存变量elementData是否为空，也就是判断是否是第一次添加元素，如果是第一次添加元素，则设置初始化大小为默认容量10，否则为传入的参数。这个方法的目的就是获取初始化数组容量。获取到初始化容量后调用ensureExplicitCapacity(minCapacity)方法;

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) { 
    modCount++; 
 
    // overflow-conscious code 
    if (minCapacity - elementData.length > 0) 
        grow(minCapacity); 
} 

ensureExplicitCapacity(minCapacity)方法用来判断是否需要扩容，假如第一次添加元素，minCapacity为10，elementData容量为0，那么就需要去扩容。调用grow(minCapacity)方法。

// 数组的最大容量 
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8; 
 
private void grow(int minCapacity) { 
    // overflow-conscious code 
    int oldCapacity = elementData.length; 
    // 扩容大小为原来数组长度的1.5倍 
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); 
    // 扩容容量比需要扩容的长度小，则使用需要扩容的容量 
    if (newCapacity - minCapacity < 0) 
        newCapacity = minCapacity; 
    // 扩容容量比最大数组长度大，则使用最大整数长度 
    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); 
} 

grow(minCapacity)方法对数组进行扩容，扩容大小为原数组的1.5倍，如果计算出的扩容容量比需要的容量小，则扩容大小为需要的容量，如果扩容容量比数组最大容量大，则调用hugeCapacity(minCapacity)方法，将数组扩容为整数的最大长度，然后将elemetData数组指向新扩容的内存空间并将元素复制到新空间。

当需要的集合容量特别大时，扩容1.5倍就会非常消耗空间，因此建议初始化时预估一个容量大小。

三 删除元素

ArrayList提供两种删除元素的方法，可以通过索引和元素进行删除。两种删除大同小异，删除元素后，将后面的元素一次向前移动。

ArrayList.remove(int index)源码：

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; 
} 

删除元素时，首先会判断索引是否大于ArrayList的大小，如果索引范围正确，则将索引位置的下一个元素赋值到索引位置，将ArrayList的大小-1，最后返回移除的元素。操作图如下，假如我要移除索引为1的元素：

四 总结

ArrayList底层是数组实现的，可以进行动态扩容，扩容大小为原来的1.5倍，虽然可以通过动态扩容，但是数组非常大时会特别浪费空间，因此建议初始化时预估数组大小。ArrayList允许插入重复值和空值。ArrayList实现了RandomAccess接口，支持快速随机访问，就是可以通过索引快速查到某个元素，因此遍历时使用for循环的方式效率更高。ArrayList是线程不安全的，可以通过Collections.synchronizedList将其转变为线程安全的集合，不过一般不会使用，Vector和CopyOnWriteArrayList是线程安全的，Vector性能一般，逐渐被CopyOnWriteArrayList取代了。

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