作為一個android開發(fā)者幔嗦，大家在平時的開發(fā)工作當(dāng)中，一定會大量用到ArrayList來管理數(shù)據(jù)游岳。不外乎調(diào)用它的添加，刪除等方法其徙。但是具體怎么實現(xiàn)就不清楚了胚迫。而且，最讓我感到蛋疼的就是唾那，很多面試的時候访锻，面試官必然少不了深挖這些java知識，每次我都很懵逼啊有沒有闹获。于是我們就來深入源碼了解它期犬，揭開這層遮羞布。
好了避诽，廢話不多說龟虎，我們開始ArrayList的學(xué)習(xí)。文章中會有大量源碼沙庐，這是避免不了的鲤妥。
ArrayList是一個可以動態(tài)調(diào)整大小的List實現(xiàn)，其數(shù)據(jù)的順序與插入順序始終一致拱雏，其余特性與List中定義的一致棉安。
what?數(shù)據(jù)順序與插入順序一致？難道你底層實現(xiàn)是依靠數(shù)組嗎铸抑？我也還不知道呢贡耽。那我們繼續(xù)往下學(xué)習(xí)
我們首先看類的關(guān)系
可以看到，
ArrayList是AbstractList的子類鹊汛，同時實現(xiàn)了List接口蒲赂。除此之外，它還實現(xiàn)了三個標識型接口柒昏，這幾個接口都沒有任何方法凳宙，僅作為標識表示實現(xiàn)類具備某項功能。RandomAccess表示實現(xiàn)類支持快速隨機訪問职祷，Cloneable表示實現(xiàn)類支持克隆氏涩，具體表現(xiàn)為重寫了clone方法届囚，java.io.Serializable則表示支持序列化，如果需要對此過程自定義是尖，可以重寫writeObject與readObject方法意系。
我們?nèi)绻褂?code>ArrayList首先我們就要new一個，而我們通常的做法就是下面這樣：
ArrayList<String> strings = new ArrayList<>();
我們追尋這個構(gòu)造函數(shù)進入源碼：為了方便大家觀看饺汹，我們將解釋放入到每一句代碼中蛔添。在本文中這些注釋很重要。
/**
* 默認初始化容量
*/
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
/**
* 構(gòu)建一個指定初始容量的list
*
* @param list的指定容量
* @throws IllegalArgumentException if the specified initial capacity
* is negative
*/
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
//這里就可以看出兜辞，list內(nèi)部就是維護的一個基本的一維數(shù)組迎瞧。并且初始化了大小子刮。
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
//elementData為空數(shù)組
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}
/**
* 初始化大小為10的空數(shù)組
*/
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
//這個方法基本不用验辞，不做過多解釋
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;
}
}
我們可以看到，它擁有三個構(gòu)造方法荣瑟。而我們常用的就是第二個扫皱，空參的方法足绅。官方的解釋是我們構(gòu)建了一個空的list，初始容量為10韩脑。看到這里我們就不禁產(chǎn)生兩個思考氢妈。
我們可以看到list中維護了一個重要的elementData而它的定義是一個數(shù)組，它有什么用段多？
明明你構(gòu)造方法就一個簡單的賦值首量，而且這個變量我不知道干嘛的，哪來的10的容量衩匣？
我們先不管這兩個疑問蕾总。我們都知道數(shù)據(jù)的操作最重要的就是增刪改查，改查都不涉及長度的變化琅捏，而增刪就涉及到動態(tài)調(diào)整大小的問題生百。
我們就從這四個方面再來分析分析源碼：
增
我們首先看添加元素：
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
//這里不就是添加數(shù)據(jù)了？柄延？蚀浆？？搜吧？
elementData[size++] = e;
return true;
}
public void add(int index, E element) {
if (index > size || index < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}
添加元素有兩個方法可以使用市俊，先看第一個方法，我們一行一行的看滤奈。首先我們看到這個方法ensureCapacityInternal(size + 1);在它之后摆昧，elementData[size++] = e;將我們要插入的數(shù)據(jù)賦值給了elementData數(shù)組。
到這里我們終于可以知道蜒程，ArrayList內(nèi)部就是通過elementData數(shù)組實現(xiàn)的绅你。并且添加數(shù)據(jù)是從位置0開始伺帘。
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
我們剛創(chuàng)建一個新的ArrayList，可以知道當(dāng)?shù)谝淮握{(diào)用add方法忌锯，這里的size=0伪嫁。并且滿足這里的if語句，這里minCapacity的值將變?yōu)槲覀兂跏蓟?code>10偶垮。
然后到ensureExplicitCapacity(minCapacity);方法张咳。
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
//這個變量主要作用是防止在進行一些操作時，改變了ArrayList的大小似舵，那將使得結(jié)果不可預(yù)測。
modCount++;
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
最后執(zhí)行了grow(minCapacity);擴容的方法婚陪。
/**
*增加容量以確保它能存下數(shù)據(jù)
*
* @param minCapacity the desired minimum capacity
*/
private void grow(int minCapacity) {
// 數(shù)組的容量频祝，按我們流程來這里oldCapacity=0，因為還沒有執(zhí)行數(shù)組的賦值操作
//minCapacity=10
int oldCapacity = elementData.length;
//新的容量為原來的1.5倍
//newCapacity=0脆淹；
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
//新的容量不夠常空，直接將minCapacity作為容量
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
//防止溢出
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// 如果是第一次執(zhí)行盖溺，就可以看出這里的newCapacity =10
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
最后執(zhí)行了elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);到這里，我們就可以看出來是怎么擴容了烘嘱。我們繼續(xù)看最后一行有一個copyOf方法昆禽。
public static <T,U> T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class<? extends T[]> newType) {
@SuppressWarnings("unchecked")
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;
}
最后到了native的復(fù)制方法，這個方法就是將數(shù)組進行復(fù)制蝇庭。
/* @param src 源數(shù)組（要復(fù)制的數(shù)組）
* @param srcPos 源數(shù)組開始的位置（要將源數(shù)組復(fù)制的開始位置）
* @param dest 目標數(shù)組（將源數(shù)組復(fù)制到的另一個數(shù)組）
* @param destPos 目標數(shù)組的開始位置（將復(fù)制的元素存入的開始位置）
* @param 復(fù)制的長度
* @exception IndexOutOfBoundsException if copying would cause
* access of data outside array bounds.
* @exception ArrayStoreException if an element in the <code>src</code>
* array could not be stored into the <code>dest</code> array
* because of a type mismatch.
* @exception NullPointerException if either <code>src</code> or
* <code>dest</code> is <code>null</code>.
*/
@FastNative
public static native void arraycopy(Object src, int srcPos,
Object dest, int destPos,
int length);
通過以上方法我們再回到grow(int minCapacity)的最后一句
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
底層通過System.arraycopy(original, 0, copy, 0,
Math.min(original.length, newLength));
將elementData數(shù)組復(fù)制到了一個新的容量為10的數(shù)組copy中，然后將新數(shù)組賦給elementData盗棵。
不難發(fā)現(xiàn)我們將執(zhí)行的添加操作是將elementData復(fù)制到新的數(shù)組北发，由此可以看出每次添加元素都會涉及到數(shù)組的copy操作，這樣在一定程度上是很耗費資源的琳拨。
到這里我們來從新梳理下當(dāng)我們第一次從創(chuàng)建到調(diào)用add(E e)方法的整個流程。
- 1.首先構(gòu)造方法生成一個空數(shù)組
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
- 2.調(diào)用add方法
public boolean add(E e) {
//通過一系列判斷是否擴容狱庇，第一次調(diào)用到grow()方法完成恶耽，才算初始化真正完成陕截。此時elementData才是容量為10的數(shù)組。
ensureCapacityInternal(size + 1);
// 然后將元素添加到elementData數(shù)組
elementData[size++] = e;
return true;
}
那么當(dāng)我們元素等于10社搅，這時我們插入第11個元素呢乳规？
我們來看，此時的的各個方法的參數(shù)如下值：
size=10
ensureCapacityInternal(11)
ensureExplicitCapacity(11)
grow(11)
int oldCapacity =10;
int newCapacity = 15;
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, 15);
到這里可以看出每次grow()方法都會先進行擴容暮的。然后通過
為了方便觀看這里直接跳過語法正確性進行賦值
original=elementData ;
copy=new Object[15];
System.arraycopy(original, 0, copy, 0,
Math.min(original.length=10, newLength=15));
將原來的十個數(shù)據(jù)copy到新數(shù)組后賦值給elementData 。
這樣其實就是每次添加數(shù)據(jù)都會擴充數(shù)組大小猖腕，但是實際元素個數(shù)size一般是小于elementData.length的恨闪，也就是list中的元素個數(shù)實際小于容量。
我們在看添加的第二個方法public void add(int index, E element)
第一步它也是先做了是否擴容的操作咙咽，確保數(shù)組容量足夠老玛。然后將原數(shù)據(jù)復(fù)制到擴充后的數(shù)組，最后在相應(yīng)的位置插入值钧敞。整個流程如下圖：
刪
刪除操作總共有三個方法蜡豹，一個是根據(jù)索引刪除溉苛，一個是直接刪除元素，最后一個是清空list的clear方法桨吊，clear()方法是用for循環(huán)將所有元素置空凤巨。
public E remove(int index) {
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
modCount++;
//查找到要刪除的元素
E oldValue = (E) elementData[index];
//要移動（copy）的長度
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
//數(shù)組的copy移動
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
//將最后的地方置空回收
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
return oldValue;
}
//該方法其實內(nèi)部實現(xiàn)其實是根據(jù)下標找到該元素，最后執(zhí)行了remove(index)方法
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
}
我們還是用圖來說明一下刪除操作的過程：
改
改動元素的方法只有一個而且很簡單佑淀，它的操作就是找到該元素然后進行重新賦值就可以彰檬。
public E set(int index, E element) {
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
E oldValue = (E) elementData[index];
elementData[index] = element;
return oldValue;
}
查
就一個方法谎砾，內(nèi)部就是數(shù)組的位置查找捧颅。
public E get(int index) {
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
return (E) elementData[index];
}
到在這里基本的數(shù)據(jù)操作就分析完了。我們也可以回答之前的疑問挚币。
ArrayList我們可以理解為一個可以動態(tài)擴容的數(shù)組扣典，內(nèi)部通過elementData數(shù)組來管理。
它的每次操作都會進行copy贮尖，如果數(shù)據(jù)量小，其實影響不大薪前。但是當(dāng)數(shù)據(jù)量很大关斜，這樣就會影響性能。我們要緩解這樣的問題可以有下面兩種方法可以使用：
- 使用
ArrayList(int initialCapacity)這個有參構(gòu)造蚤吹，在創(chuàng)建時就聲明一個較大的大小随抠，這樣解決了頻繁拷貝問題，但是需要我們提前預(yù)知數(shù)據(jù)的數(shù)量級二驰，也會一直占有較大的內(nèi)存秉沼。 - 除了添加數(shù)據(jù)時可以自動擴容外，我們還可以在插入前先進行一次擴容唬复。只要提前預(yù)知數(shù)據(jù)的數(shù)量級，就可以在需要時直接一次擴充到位棘捣，與
ArrayList(int initialCapacity)相比的好處在于不必一直占有較大內(nèi)存休建，同時數(shù)據(jù)拷貝的次數(shù)也大大減少了评疗。這個方法就是ensureCapacity(int minCapacity)茵烈，其內(nèi)部就是調(diào)用了ensureCapacityInternal(int minCapacity)方法。
所以對于ArrayList和數(shù)組一樣呜投，更適合于數(shù)據(jù)隨機訪問，而不太適合于大量的插入與刪除矩动。
