ArrayList是基于數(shù)組實現(xiàn)的，是一個動態(tài)數(shù)組淡溯，其容量能自動增長读整，類似于C語言中的動態(tài)申請內(nèi)存，動態(tài)增長內(nèi)存咱娶。
ArrayList不是線程安全的米间，只能用在單線程環(huán)境下，多線程環(huán)境下可以考慮用Collections.synchronizedList(List l)函數(shù)返回一個線程安全的ArrayList類膘侮，也可以使用concurrent并發(fā)包下的CopyOnWriteArrayList類屈糊。
ArrayList實現(xiàn)了Serializable接口，因此它支持序列化琼了，能夠通過序列化傳輸逻锐，實現(xiàn)了RandomAccess接口，支持快速隨機(jī)訪問雕薪，實際上就是通過下標(biāo)序號進(jìn)行快速訪問昧诱，實現(xiàn)了Cloneable接口，能被克隆所袁。
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ArrayList源碼剖析
ArrayList的源碼如下（加入了比較詳細(xì)的注釋）：
package java.util;
public class ArrayListextends AbstractList
implements List, RandomAccess,
Cloneable, java.io.Serializable {
// 序列版本號
private static final
long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
// ArrayList基于該數(shù)組實現(xiàn)盏档，用該數(shù)組保存數(shù)據(jù)
private transient Object[] elementData;
// ArrayList中實際數(shù)據(jù)的數(shù)量
private int size;
// ArrayList帶容量大小的構(gòu)造函數(shù)。
public ArrayList(int initialCapacity) {
super();
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
// 新建一個數(shù)組
this.elementData = new Object[initialCapacity];
}
// ArrayList無參構(gòu)造函數(shù)燥爷。默認(rèn)容量是10蜈亩。
public ArrayList() {
this(10);
}
// 創(chuàng)建一個包含collection的ArrayList
public ArrayList(Collection c) {
elementData = c.toArray();
size = elementData.length;
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
}
// 將當(dāng)前容量值設(shè)為實際元素個數(shù)
public void trimToSize() {
modCount++;
int oldCapacity = elementData.length;
if (size < oldCapacity) {
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
}
}
// 確定ArrarList的容量懦窘。
// 若ArrayList的容量不足以容納當(dāng)前的全部元素，設(shè)置
// 新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1”
public void ensureCapacity(int minCapacity) {
// 將“修改統(tǒng)計數(shù)”+1勺拣，該變量主要是用來實現(xiàn)fail-fast機(jī)制的
modCount++;
int oldCapacity = elementData.length;
// 若當(dāng)前容量不足以容納當(dāng)前的元素個數(shù)奶赠，
// 設(shè)置 新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1”
if (minCapacity > oldCapacity) {
Object oldData[] = elementData;
int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;
//如果還不夠，則直接將minCapacity設(shè)置為當(dāng)前容量
if (newCapacity < minCapacity)
newCapacity = minCapacity;
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
}
// 添加元素e
public boolean add(E e) {
// 確定ArrayList的容量大小
ensureCapacity(size + 1); // Increments modCount!!
// 添加e到ArrayList中
elementData[size++] = e;
return true;
}
// 返回ArrayList的實際大小
public int size() {
return size;
}
// ArrayList是否包含Object(o)
public boolean contains(Object o) {
return indexOf(o) >= 0;
}
//返回ArrayList是否為空
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
// 正向查找药有，返回元素的索引值
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;
}
// 反向查找毅戈，返回元素的索引值
public int lastIndexOf(Object o) {
if (o == null) {
for (int i = size-1; i >= 0; i--)
if (elementData[i]==null)
return i;
} else {
for (int i = size-1; i >= 0; i--)
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
return -1;
}
// 反向查找(從數(shù)組末尾向開始查找)，返回元素(o)的索引值
public int lastIndexOf(Object o) {
if (o == null) {
for (int i = size-1; i >= 0; i--)
if (elementData[i]==null)
return i;
} else {
for (int i = size-1; i >= 0; i--)
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
return -1;
}
// 返回ArrayList的Object數(shù)組
public Object[] toArray() {
return Arrays.copyOf(elementData, size);
}
// 返回ArrayList元素組成的數(shù)組
publicT[] toArray(T[] a) {
// 若數(shù)組a的大小 < ArrayList的元素個數(shù)愤惰；
// 則新建一個T[]數(shù)組苇经，數(shù)組大小是“ArrayList的元素個數(shù)”，
// 并將“ArrayList”全部拷貝到新數(shù)組中
if (a.length < size)
return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());
// 若數(shù)組a的大小 >= ArrayList的元素個數(shù)宦言；
// 則將ArrayList的全部元素都拷貝到數(shù)組a中扇单。
System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);
if (a.length > size)
a[size] = null;
return a;
}
// 獲取index位置的元素值
public E get(int index) {
RangeCheck(index);
return (E) elementData[index];
}
// 設(shè)置index位置的值為element
public E set(int index, E element) {
RangeCheck(index);
E oldValue = (E) elementData[index];
elementData[index] = element;
return oldValue;
}
// 將e添加到ArrayList中
public boolean add(E e) {
ensureCapacity(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
// 將e添加到ArrayList的指定位置
public void add(int index, E element) {
if (index > size || index < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException(
"Index: "+index+", Size: "+size);
ensureCapacity(size+1); // Increments modCount!!
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}
// 刪除ArrayList指定位置的元素
public E remove(int index) {
RangeCheck(index);
modCount++;
E oldValue = (E) elementData[index];
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
elementData[--size] = null; // Let gc do its work
return oldValue;
}
// 刪除ArrayList的指定元素
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;
}
// 快速刪除第index個元素
private void fastRemove(int index) {
modCount++;
int numMoved = size - index - 1;
// 從"index+1"開始，用后面的元素替換前面的元素奠旺。
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
// 將最后一個元素設(shè)為null
elementData[--size] = null; // Let gc do its work
}
// 刪除元素
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (elementData[index] == null) {
fastRemove(index);
return true;
}
} else {
// 便利ArrayList蜘澜，找到“元素o”，則刪除响疚，并返回true鄙信。
for (int index = 0; index < size; index++)
if (o.equals(elementData[index])) {
fastRemove(index);
return true;
}
}
return false;
}
// 清空ArrayList，將全部的元素設(shè)為null
public void clear() {
modCount++;
for (int i = 0; i < size; i++)
elementData[i] = null;
size = 0;
}
// 將集合c追加到ArrayList中
public boolean addAll(Collection c) {
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacity(size + numNew); // Increments modCount
System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}
// 從index位置開始忿晕，將集合c添加到ArrayList
public boolean addAll(int index, Collection c) {
if (index > size || index < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException(
"Index: " + index + ", Size: " + size);
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacity(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;
}
// 刪除fromIndex到toIndex之間的全部元素装诡。
protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {
modCount++;
int numMoved = size - toIndex;
System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex,
numMoved);
// Let gc do its work
int newSize = size - (toIndex-fromIndex);
while (size != newSize)
elementData[--size] = null;
}
private void RangeCheck(int index) {
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(
"Index: "+index+", Size: "+size);
}
// 克隆函數(shù)
public Object clone() {
try {
ArrayListv = (ArrayList) super.clone();
// 將當(dāng)前ArrayList的全部元素拷貝到v中
v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
v.modCount = 0;
return v;
} catch (CloneNotSupportedException e) {
// this shouldn't happen, since we are Cloneable
throw new InternalError();
}
}
// java.io.Serializable的寫入函數(shù)
// 將ArrayList的“容量，所有的元素值”都寫入到輸出流中
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
throws java.io.IOException{
// Write out element count, and any hidden stuff
int expectedModCount = modCount;
s.defaultWriteObject();
// 寫入“數(shù)組的容量”
s.writeInt(elementData.length);
// 寫入“數(shù)組的每一個元素”
for (int i=0; i<size; i++)
s.writeObject(elementData[i]);
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
// java.io.Serializable的讀取函數(shù)：根據(jù)寫入方式讀出
// 先將ArrayList的“容量”讀出践盼，然后將“所有的元素值”讀出
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
// Read in size, and any hidden stuff
s.defaultReadObject();
// 從輸入流中讀取ArrayList的“容量”
int arrayLength = s.readInt();
Object[] a = elementData = new Object[arrayLength];
// 從輸入流中將“所有的元素值”讀出
for (int i=0; i<size; i++)
a[i] = s.readObject();
}
}
幾點總結(jié)
關(guān)于ArrayList的源碼鸦采，給出幾點比較重要的總結(jié)：
1. 注意其三個不同的構(gòu)造方法。無參構(gòu)造方法構(gòu)造的ArrayList的容量默認(rèn)為10咕幻，帶有Collection參數(shù)的構(gòu)造方法渔伯，將Collection轉(zhuǎn)化為數(shù)組賦給ArrayList的實現(xiàn)數(shù)組elementData。
2. 注意擴(kuò)充容量的方法ensureCapacity肄程。ArrayList在每次增加元素（可能是1個锣吼，也可能是一組）時，都要調(diào)用該方法來確保足夠的容量绷耍。當(dāng)容量不足以容納當(dāng)前的元素個數(shù)時，就設(shè)置新的容量為舊的容量的1.5倍加1鲜侥，如果設(shè)置后的新容量還不夠褂始，則直接新容量設(shè)置為傳入的參數(shù)（也就是所需的容量），而后用Arrays.copyof()方法將元素拷貝到新的數(shù)組（詳見下面的第3點）描函。
從中可以看出崎苗，當(dāng)容量不夠時狐粱，每次增加元素，都要將原來的元素拷貝到一個新的數(shù)組中胆数，非常之耗時肌蜻，也因此建議在事先能確定元素數(shù)量的情況下，才使用ArrayList必尼，否則建議使用LinkedList蒋搜。
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3. ArrayList的實現(xiàn)中大量地調(diào)用了Arrays.copyof()和System.arraycopy()方法。我們有必要對這兩個方法的實現(xiàn)做下深入的了解判莉。
- Arrays.copyof() 方法：它有很多個重載的方法豆挽，但實現(xiàn)思路都是一樣的，我們來看泛型版本的源碼：
public staticT[] copyOf(T[] original, int newLength) {
return (T[]) copyOf(original, newLength, original.getClass());
}
很明顯調(diào)用了另一個copyof方法券盅，該方法有三個參數(shù)帮哈，最后一個參數(shù)指明要轉(zhuǎn) 換的數(shù)據(jù)的類型，其源碼如下：
public staticT[] copyOf(U[] original, int newLength, Class newType) {
T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class)
? (T[]) new Object[newLength]
: (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength);
System.arraycopy(original, 0, copy, 0,
Math.min(original.length, newLength)); return copy;
}
這里可以很明顯地看出锰镀，該方法實際上是在其內(nèi)部又創(chuàng)建了一個長度為 newlength的數(shù)組娘侍，調(diào)用System.arraycopy()方法，將原來數(shù)組中的元素復(fù)制到了新的數(shù)組中泳炉。
- System.arraycopy() 方法：該方法被標(biāo)記了native憾筏，調(diào)用了系統(tǒng)的C/C++代碼，在JDK中是看不到的胡桃，但在openJDK中可以看到其源碼踩叭。該函數(shù)實際上最終調(diào)用了C語言的memmove()函數(shù)，因此它可以保證同一個數(shù)組內(nèi)元素的正確復(fù)制和移動翠胰，比一般的復(fù)制方法的實現(xiàn)效率要高很多容贝，很適合用來批量處理數(shù)組。Java強(qiáng)烈推薦在復(fù)制大量數(shù)組元素時用該方法之景，以取得更高的效率斤富。
4. 注意ArrayList的兩個轉(zhuǎn)化為靜態(tài)數(shù)組的toArray方法。
第一個锻狗，Object[] toArray()方法满力。該方法有可能會拋出java.lang.ClassCastException異常，如果直接用向下轉(zhuǎn)型的方法轻纪，將整個ArrayList集合轉(zhuǎn)變?yōu)橹付愋偷腁rray數(shù)組油额，便會拋出該異常，而如果轉(zhuǎn)化為Array數(shù)組時不向下轉(zhuǎn)型刻帚，而是將每個元素向下轉(zhuǎn)型潦嘶，則不會拋出該異常，顯然對數(shù)組中的元素一個個進(jìn)行向下轉(zhuǎn)型崇众，效率不高掂僵，且不太方便航厚。
第二個， T[] toArray(T[] a)方法锰蓬。該方法可以直接將ArrayList轉(zhuǎn)換得到的Array進(jìn)行整體向下轉(zhuǎn)型（轉(zhuǎn)型其實是在該方法的源碼中實現(xiàn)的）幔睬，且從該方法的源碼中可以看出，參數(shù)a的大小不足時芹扭，內(nèi)部會調(diào)用Arrays.copyOf方法麻顶，該方法內(nèi)部創(chuàng)建一個新的數(shù)組返回，因此對該方法的常用形式如下：
public static Integer[] vectorToArray2(ArrayListv) {
Integer[] newText = (Integer[])v.toArray(new Integer[0]);
return newText;
}
5. ArrayList基于數(shù)組實現(xiàn)冯勉，可以通過下標(biāo)索引直接查找到指定位置的元素澈蚌，因此查找效率高，但每次插入或刪除元素灼狰，就要大量地移動元素宛瞄，插入刪除元素的效率低。
6. 在查找給定元素索引值等的方法中交胚，源碼都將該元素的值分為null和不為null兩種情況處理份汗，ArrayList中允許元素為null。
