ArrayList簡介

ArrayList 是 Java 集合框架中比較常用的數據結構了。ArrayList是可以動態增長和縮減的索引序列，內部封裝了一個動態再分配的Object[]數組

這里我們可以看到ArrayList繼承抽象類AbstractList，實現了 List 接口，同時還實現了 RandomAccess、Cloneable、Serializable 接口，所以ArrayList 是支持快速訪問、復制、序列化的。

主要成員變量

// 底層存儲元素的數組transient Object[] elementData; // ArrayList的實際大小private int size;復制代碼

注意：size 才是 elementData數組中實際的元素個數，而 elementData.length 為數組的容量，表示最多可以容納多少個元素。

// ArrayList的默認初始化容量private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;復制代碼

ArrayList的默認初始容量大小為 10。

// 記錄對List操作的次數protected transient int modCount = 0;復制代碼

這個變量是定義在 AbstractList 中的，主要使用是在 Iterator，目的是防止在List在迭代的過程中被修改。

// 空的Object類型數組private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};// 空的Object類型數組private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};復制代碼

兩個空的數組有什么區別呢？簡單來講就是第一次添加元素（使用add方法）時知道elementData是從空的構造函數還是有參構造函數被初始化的。以便確認下一步的擴容機制。

構造函數

ArrayList類共有三種構造函數：

• 無參構造函數
• 帶有參數為初始容量initialCapacity的構造函數
• 帶有參數為Collection集合的構造函數

1、無參構造函數

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

注意：雖然在源碼的注釋中說該構造函數構造一個容量大小為 10 的空的ArrayList，但實際上構造函數只是給 elementData 賦值了一個空的數組（DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA），在第一次向ArrayList添加元素時容量才擴大至10的。

2、帶有參數為初始容量initialCapacity的構造函數

public ArrayList(int initialCapacity) {// 如果initalCapacity大于0，直接創建一個長度Object數組賦值為elementData；if (initialCapacity > 0) {this.elementData = new Object[initialCapacity];}// 如果initalCapcity等于0，直接將空數組EMPETY_ELEMENTDATA復制給elementDataelse if (initialCapacity == 0) {this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;}// 如果initalCapcity小于于0，則拋出異常IllegalArgumentExceptionelse {throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+initialCapacity);}}復制代碼

當 initialCapacity 為0時則是把 EMPTY_ELEMENTDATA 賦值給 elementData。 當 initialCapacity 大于零時初始化一個大小為 initialCapacity 的 object 數組并賦值給 elementData。

3、帶有參數為Collection集合的構造函數

public ArrayList(Collection<? extends E> c) {// 將 Collection 轉化為數組并賦值給elementDataelementData = c.toArray();// 把elementData中元素的個數賦值給size并判斷其是否為0if ((size = elementData.length) != 0) {// 如果 size 不為零，則判斷 elementData 的 class 類型是否為 Object[]，不是的話則做一次轉換。if (elementData.getClass() != Object[].class)elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);} // 如果 size 為零，則把 EMPTY_ELEMENTDATA 賦值給 elementData，相當于new ArrayList(0)。else {this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;}}復制代碼

該構造方法主要就是將Collection集合的實現類轉換為ArrayList。

主要操作方法

add方法（添加單個元素）

public boolean add(E e) {// 先確認ArrayList集合容量大小ensureCapacityInternal(size + 1);// 先給elementData中size位置賦值為e，然后size自增 elementData[size++] = e;return true;}復制代碼 private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {// 如果elementData為默認的空數組，則給minCapacity賦值為初始的默認容量if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);}// modCount自增，并確定容量大于數組的長度ensureExplicitCapacity(minCapacity);}復制代碼 private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {// modCount自增，修改次數加1modCount++;// 如果minCapacity超過了數組長度，則進行擴容if (minCapacity - elementData.length > 0)grow(minCapacity);}復制代碼

上述三個函數的調用關系很簡單，也很清楚。

• 在add方法中，每次添加元素到ArrayList中時都會先確認下集合容量大小，然后將size位置的元素賦值為e，size再進行自增。
• 在ensureCapacityInternal方法中先對elementData進行判斷 ，如果elementData為 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 就取 DEFAULT_CAPACITY 和 minCapacity 的最大值也就是10。這就是 EMPTY_ELEMENTDATA 與 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 的區別所在。同時也驗證了上面的說法：使用無參構造函數時是在第一次添加元素時初始化容量為10 。
• ensureExplicitCapacity 方法中首先對modCount 自增1，記錄操作次數，然后如果 minCapacity 大于 elementData 的長度，則對集合進行擴容。顯然當第一次添加元素時 elementData 的長度為零。那我們來看看 grow 函數。

private void grow(int minCapacity) {// ArrayList的舊容量為數組長度int oldCapacity = elementData.length;// 將新容量賦值為原容量的1.5倍（左移一位相當于除以二）int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);// 如果此時新容量還是小于添加元素后的容量，則將新容量直接賦值為添加元素后的容量if (newCapacity - minCapacity < 0)newCapacity = minCapacity;// 如果此時新容量大于數組的最大大小，則返回上限最大的容量if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);// 把舊的數組elementData拷貝到新的elementData，并將容量設置為newCapacityelementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); }復制代碼

默認將list的容量擴容至原來容量的 1.5 倍。但是擴容之后也不一定適用，有可能太小，有可能太大。所以才會有下面兩個 if 判斷。如果1.5倍太小的話，則將增加元素的容量大小賦值給newCapacity，如果1.5倍太大或者我們需要的容量太大，則調用hugeCapacity函數，給newCapacity賦一個合適的值。最后將原數組中的數據復制到大小為 newCapacity 的新數組中，并將新數組賦值給 elementData。

private static int hugeCapacity(int minCapacity) {// 如果minCapacity小于0，就拋出異常if (minCapacity < 0) // overflowthrow new OutOfMemoryError();// 如果此時增加元素后得minCapacity大于數組的最大長度就返回整數最大值，否則返回數組最大值return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?Integer.MAX_VALUE :MAX_ARRAY_SIZE;}復制代碼

add方法（批量添加，在指定位置添加）

public void add(int index, E element) {// 檢查index是否越界rangeCheckForAdd(index);ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index);elementData[index] = element;size++; }public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {Object[] a = c.toArray();int numNew = a.length;ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCountSystem.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);size += numNew;return numNew != 0; }public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {rangeCheckForAdd(index);Object[] a = c.toArray();int numNew = a.length;ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCountint 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; }復制代碼

這三個方法基本思路與上述add方法基本思路是一致，博主這里就不再贅述了。

remove方法

public E remove(int index) {// 檢查index是否越界，如果越界則拋出異常rangeCheck(index);// modCount自增，修改次數加一modCount++;// 獲取elementData在index位置的值E oldValue = elementData(index);// 獲取后移的位置長度int numMoved = size - index - 1;// 如果大于零，則調用System.arraycopy方法完成數組移動if (numMoved > 0)System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);// size自減，并將elementData索引值為size的元素引用賦值為空，讓GC對他進行回收elementData[--size] = null; // 返回index位置的值return oldValue; }復制代碼

當我們調用 remove(int index) 時，首先會檢查 index 是否合法，然后再判斷要刪除的元素是否位于數組的最后一個位置。如果 index 不是最后一個，就再次調用 System.arraycopy() 方法拷貝數組。說白了就是將從 index + 1 開始向后所有的元素都向前挪一個位置。然后將數組的最后一個位置空，size - 1。如果 index 是最后一個元素那么就直接將數組的最后一個位置空，size - 1即可。

public boolean remove(Object o) {// 如果o為空，則查找數組中為空的索引，并調用fastRemove方法進行刪除，并返回trueif (o == null) {for (int index = 0; index < size; index++)if (elementData[index] == null) {fastRemove(index);return true;}}// 如果o不為空，則查找數組中與該元素相等的索引，并調用fastRemove方法進行刪除，并返回true else {for (int index = 0; index < size; index++)if (o.equals(elementData[index])) {fastRemove(index);return true;}}// 如果list中不存在則返回falsereturn false; }復制代碼

下面我們在看fastRemove方法，fastRemove方法相較于remove（int index）方法少了一步對index的判斷，因為remove（Object o）就是在數組中進行查詢一定是合法的，所以在fastRemove中沒必要對index進行判斷。

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 }復制代碼

get方法

public E get(int index) {// 檢查index是否合法，是否越界rangeCheck(index);// 利用數組的特點，直接訪問數組中該索引位置上的元素return elementData(index); }復制代碼

總結

• ArrayList可以存放null。
• ArrayList本質上就是一個elementData數組。
• ArrayList區別于數組的地方在于能夠自動擴展大小，其中關鍵的方法就是gorw()方法。
• ArrayList中removeAll(collection c)和clear()的區別就是removeAll可以刪除批量指定的元素，而clear是全是刪除集合中的元素。
• ArrayList由于本質是數組，所以它在數據的查詢方面會很快，而在插入刪除這些方面，性能下降很多，有移動很多數據才能達到應有的效果
• ArrayList實現了RandomAccess，所以在遍歷它的時候推薦使用for循環。

原文作者：前程有光
原文鏈接：https://juejin.cn/post/6911944296451506190
文章來源：掘金
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總結

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