“约见”面试官系列之常见面试题之第七十二篇之arrayList（建议收藏）
簡介
ArrayList 是 java 集合框架中比較常用的數據結構了。繼承自 AbstractList，實現了 List 接口。底層基于數組實現容量大小動態變化。允許 null 的存在。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。
成員變量
ArrayList 底層是基于數組來實現容量大小動態變化的。
/** * The size of the ArrayList (the number of elements it contains). */ private int size; // 實際元素個數 transient Object[] elementData;注意：上面的 size 是指 elementData 中實際有多少個元素，而 elementData.length 為集合容量，表示最多可以容納多少個元素。
默認初始容量大小為 10;
/** * Default initial capacity. */ private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;這個變量是定義在 AbstractList 中的。記錄對 List 操作的次數。主要使用是在 Iterator，是防止在迭代的過程中集合被修改。
protected transient int modCount = 0;下面兩個變量是用在構造函數里面的
/** * Shared empty array instance used for empty instances. */ private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};/** * Shared empty array instance used for default sized empty instances. We * distinguish this from EMPTY_ELEMENTDATA to know how much to inflate when * first element is added. */ private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};兩個空的數組有什么區別呢？ We distinguish this from EMPTY_ELEMENTDATA to know how much to inflate when first element is added. 簡單來講就是第一次添加元素時知道該 elementData 從空的構造函數還是有參構造函數被初始化的。以便確認如何擴容。
構造函數
無慘構造函數
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/** * Constructs an empty list with an initial capacity of ten. */ public ArrayList() {this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA; }?
注意：注釋是說構造一個容量大小為 10 的空的 list 集合，但構造函數了只是給 elementData 賦值了一個空的數組，其實是在第一次添加元素時容量擴大至 10 的。
構造一個初始容量大小為 initialCapacity 的 ArrayList
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);} }由以上源碼可見： 當使用無參構造函數時是把 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 賦值給 elementData。 當 initialCapacity 為零時則是把 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。
使用指定 Collection 來構造 ArrayList 的構造函數
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;} }將 Collection 轉化為數組并賦值給 elementData，把 elementData 中元素的個數賦值給 size。 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。 如果 size 為零，則把 EMPTY_ELEMENTDATA 賦值給 elementData，相當于new ArrayList(0)。
主要操作方法解析
- add 操作
由此可見：每次添加元素到集合中時都會先確認下集合容量大小。然后將 size 自增 1。ensureCapacityInternal 函數中判斷如果 elementData = 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：使用無慘構造函數時是在第一次添加元素時初始化容量為 10 的。ensureExplicitCapacity 中對 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) {// overflow-conscious codeint 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); }很簡單明了的一個函數，默認將擴容至原來容量的 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，則將我們所需的容量大小賦值給newCapacity，如果1.5倍太大或者我們需要的容量太大，那就直接拿 newCapacity = (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE 來擴容。然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。
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++; }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; }有以上源碼可知，add(int index, E element)，addAll(Collection
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 workreturn oldValue; }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 }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。 當我們調用 remove(Object o) 時，會把 o 分為是否為空來分別處理。然后對數組做遍歷，找到第一個與 o 對應的下標 index，然后調用 fastRemove 方法，刪除下標為 index 的元素。其實仔細觀察 fastRemove(int index) 方法和 remove(int index) 方法基本全部相同。?
- get操作
由于 ArrayList 底層是基于數組實現的，所以獲取元素就相當簡單了，直接調用數組隨機訪問即可。
迭代器 iterator
有使用過集合的都知道，在用 for 遍歷集合的時候是不可以對集合進行 remove操作的，因為 remove 操作會改變集合的大小。從而容易造成結果不準確甚至數組下標越界，更嚴重者還會拋出 ConcurrentModificationException。
foreach 遍歷等同于 iterator。為了搞清楚異常原因，我們還必須過一遍源碼。
public Iterator<E> iterator() {return new Itr(); }- 1
- 2
- 3
原來是直接返回一個 Itr 對象。
private class Itr implements Iterator<E> {int cursor; // index of next element to returnint lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no suchint expectedModCount = modCount;public boolean hasNext() {return cursor != size;}@SuppressWarnings("unchecked")public E next() {checkForComodification();int i = cursor;if (i >= size)throw new NoSuchElementException();Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;if (i >= elementData.length)throw new ConcurrentModificationException();cursor = i + 1;return (E) elementData[lastRet = i];}public void remove() {if (lastRet < 0)throw new IllegalStateException();checkForComodification();try {ArrayList.this.remove(lastRet);cursor = lastRet;lastRet = -1;expectedModCount = modCount;} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {throw new ConcurrentModificationException();}}final void checkForComodification() {if (modCount != expectedModCount)throw new ConcurrentModificationException();} }從源碼可以看出，ArrayList 定義了一個內部類 Itr 實現了 Iterator 接口。在 Itr 內部有三個成員變量。 cursor：代表下一個要訪問的元素下標。 lastRet：代表上一個要訪問的元素下標。 expectedModCount：代表對 ArrayList 修改次數的期望值，初始值為 modCount。
下面看看 Itr 的三個主要函數。
hasNext 實現比較簡單，如果下一個元素的下標等于集合的大小 ，就證明到最后了。
next 方法也不復雜，但很關鍵。首先判斷 expectedModCount 和 modCount 是否相等。然后對 cursor 進行判斷，看是否超過集合大小和數組長度。然后將 cursor 賦值給 lastRet ，并返回下標為 lastRet 的元素。最后將 cursor 自增 1。開始時，cursor = 0，lastRet = -1；每調用一次 next 方法， cursor 和 lastRet 都會自增 1。
賦值為 -1，并將 modCount 重新賦值給 expectedModCount。
下面我們一步一步來分析 Itr 的操作。如圖一所示，開始時 cursor 指向下標為 0 的元素，lastRet 指向下標為 -1 的元素，也就是 null。每調用一次 next，cursor 和lastRet 就分別會自增 1。當 next 返回 “C” 時，cursor 和 lastRet 分別為 3 和 2 [圖二]。
此時調用 remove，注意是 ArrayList 的 remove，而不是 Itr 的 remove。會將 D E 兩個元素直接往前移動一位，最后一位置空，并且 modCount 會自增 1。從 remove 方法可以看出。[圖三]。
此時 cursor = 3，size = 4，沒有到數組末尾，所以循環繼續。來到 next 方法，因為上一步的 remove 方法對 modCount 做了修改 ，致使 expectedModCount 與 modCount 不相等，這就是 ConcurrentModificationException 異常的原因所在。從例子.png中也可以看出異常出自 ArrayList 中的內部類 Itr 中的 checkForComodification 方法。
異常的解決：
直接調用 iterator.remove() 即可。因為在該方法中增加了 expectedModCount = modCount 操作。但是這個 remove 方法也有弊端。
1、只能進行remove操作，add、clear 等 Itr 中沒有。
2、調用 remove 之前必須先調用 next。因為 remove 開始就對 lastRet 做了校驗。而 lastRet 初始化時為 -1。
3、next 之后只可以調用一次 remove。因為 remove 會將 lastRet 重新初始化為 -1
remove 方法首先會判斷 lastRet 的值是否小于 0，然后在檢查 expectedModCount 和 modCount 是否相等。接下來是關鍵，直接調用 ArrayList 的 remove 方法刪除下標為 lastRet 的元素。然后將 lastRet 賦值給 cursor ，將 lastRet 重新賦值為 -1，并將 modCount 重新賦值給 expectedModCount。
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總結
ArrayList 底層基于數組實現容量大小動態可變。 擴容機制為首先擴容為原始容量的 1.5 倍。如果1.5倍太小的話，則將我們所需的容量大小賦值給 newCapacity，如果1.5倍太大或者我們需要的容量太大，那就直接拿 newCapacity = (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE 來擴容。 擴容之后是通過數組的拷貝來確保元素的準確性的，所以盡可能減少擴容操作。 ArrayList 的最大存儲能力：Integer.MAX_VALUE。 size 為集合中存儲的元素的個數。elementData.length 為數組長度，表示最多可以存儲多少個元素。 如果需要邊遍歷邊 remove ，必須使用 iterator。且 remove 之前必須先 next，next 之后只能用一次 remove。
本面試題為前端常考面試題，后續有機會繼續完善。我是歌謠，一個沉迷于故事的講述者。
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總結
以上是生活随笔為你收集整理的“约见”面试官系列之常见面试题之第七十二篇之arrayList（建议收藏）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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