? ? ? ? 今天我們來(lái)聊聊Java集合中的ArrayList，說(shuō)起集合在我們編碼過(guò)程中使用頻率最高的了。這一點(diǎn)大家沒(méi)有異議吧糜芳，接下來(lái)我們由淺入深逐步認(rèn)識(shí)一下ArrayList塘辅。
1.Java集合的設(shè)計(jì)
? ? ? ? 上圖是Java集合的設(shè)計(jì)層次和java類繼承接口列表键耕，Java設(shè)計(jì)策略先由接口定義集合應(yīng)該具有的功能棚亩，接口設(shè)計(jì)完成后在具體類中實(shí)現(xiàn)具有這些功能的類。另外java集合提供了Collections工具類虏杰，它已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)集合排序讥蟆，遍歷等算法，我們可以使用它纺阔，快速的完成集合的排序瘸彤、遍歷等功能。同樣我們今天要聊到的ArrayList他繼承List笛钝，擁有Collection接口定義的功能质况，同樣可以使用Collections工具類對(duì)集合進(jìn)行排序、遍歷等玻靡。
2.ArrayList源碼分析
? ? ? ? 關(guān)于ArrayList的原理结榄，通過(guò)查看package java.util.ArrayList實(shí)現(xiàn)，下面截圖部分是ArrayList的兩個(gè)構(gòu)造方法囤捻，一個(gè)是無(wú)參數(shù)一個(gè)是帶有長(zhǎng)度參數(shù)構(gòu)造方法的代碼臼朗，閱讀代碼我們可以發(fā)現(xiàn)ArrayList的底層是基于一個(gè)Object數(shù)組實(shí)現(xiàn)的。
? ? ? ? 既然知道了ArrayList底層是數(shù)組，故ArrayList擁有數(shù)組同樣特性视哑，比如可以通過(guò)索引獲取指定位置的數(shù)據(jù)绣否，也可以使用indexOf找到某個(gè)對(duì)象的索引位置。既然是數(shù)組在初始化創(chuàng)建對(duì)象的時(shí)候必須指定長(zhǎng)度挡毅。
3.ArrayList擴(kuò)容原理
? ? ? ? 源碼中指定ArrayList的默認(rèn)初始大小為10的數(shù)組蒜撮，長(zhǎng)度為10的Object數(shù)組很容易就裝滿了，如果增加的元素個(gè)數(shù)超過(guò)了10個(gè)慷嗜，那么ArrayList底層會(huì)新生成一個(gè)數(shù)組淀弹，長(zhǎng)度為原來(lái)數(shù)組的1.5倍+1，然后將原數(shù)組的內(nèi)容復(fù)制到新數(shù)組中庆械，并且后續(xù)增加的內(nèi)容都會(huì)放到新數(shù)組當(dāng)中薇溃，當(dāng)新數(shù)組無(wú)法容納增加的元素時(shí)，重復(fù)該過(guò)程缭乘。下圖可以看到ArrayList擴(kuò)容過(guò)程
? ? ? ? JVM操作自動(dòng)擴(kuò)容的時(shí)候非常消耗性能沐序，所以在選取使用ArrayList的時(shí)候最好事先估算一下它的長(zhǎng)度，然后創(chuàng)建對(duì)象的時(shí)候傳入估算的值堕绩。盡量避免ArrayList自動(dòng)擴(kuò)容策幼，也有人會(huì)這樣考慮，初始化ArrayList指定一個(gè)足夠大的數(shù)據(jù)奴紧，雖然避免的自動(dòng)擴(kuò)容特姐，但是造成內(nèi)存的浪費(fèi)。ArrayList既然是事先分配的數(shù)組黍氮，分配的數(shù)組每個(gè)項(xiàng)的長(zhǎng)度是固定的唐含，那么如何使用ArrayList存放復(fù)雜的對(duì)象呢？
4.ArrayList數(shù)據(jù)存儲(chǔ)原理
? ? ? ? ArrayList是一個(gè)Object數(shù)組沫浆，如果ArrayList存放基本類型捷枯，可以直接存放到數(shù)組中，但使用ArrayList存放對(duì)象专执，事先分配的Object無(wú)法存放形式和大小各異的對(duì)象淮捆，那么ArrayList進(jìn)行了優(yōu)化，在ArrayList集合中存放的是對(duì)象的引用本股，而不是對(duì)象本身攀痊。
? ? ? ? ArrayList巧妙的使用存對(duì)象引用的方法解決了復(fù)雜對(duì)象的存取問(wèn)題，這樣的設(shè)計(jì)類似C++的指針拄显，存取的索引地址可以方便方位索引位置的對(duì)象信息蚕苇。
5.ArrayList插入和查詢數(shù)據(jù)原理
? ? ? ? 接下來(lái)我們透過(guò)ArrayList的具體方法操作，看ArrayList是如何進(jìn)行元素的收集的凿叠，因?yàn)锳rrayList底層本質(zhì)是數(shù)組，且實(shí)現(xiàn)了List接口，使用中可以方便調(diào)用List接口定義的add()功能向ArrayList添加內(nèi)容盒件。
? ? ? ? 可以發(fā)現(xiàn)蹬碧，向ArrayList中插入數(shù)據(jù)，如果插入的數(shù)據(jù)位于數(shù)組末尾性能非吵吹螅快恩沽，但是向數(shù)組中間插入就需要將插入位置后面的所有數(shù)據(jù)順序后移，非常消耗性能翔始，同理remove 集合ArrayList中的一個(gè)數(shù)據(jù)罗心，也會(huì)導(dǎo)致冗長(zhǎng)的移位操作，性能消耗得不償失城瞎。所以對(duì)于ArrayList最好不要輕易改變帶索引的數(shù)據(jù)渤闷。
? ? ? ? 知道了數(shù)據(jù)的增刪之后，再來(lái)看看ArrayList進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問(wèn)是如何實(shí)現(xiàn)的脖镀？下圖是ArrayList定義的獲取值的方法
? ? ? ? 代碼中ArrayList需要傳入索引地址飒箭，方法定義通過(guò)索引隨機(jī)訪問(wèn)數(shù)組索引位置的數(shù)據(jù)。它的訪問(wèn)時(shí)間復(fù)雜度O(1)蜒灰，性能非常的快弦蹂。所以ArrayList適合一次加載多次訪問(wèn)的數(shù)據(jù)非常的適合。既然ArrayList在查詢方面性能如此適合强窖，那么可以直接使用ArrayList做多線程公共數(shù)據(jù)的查詢服務(wù)嗎凸椿？答案是不可以的。
6.ArrayList安全性淺析和應(yīng)對(duì)方法
? ? ? ? 因?yàn)锳rrayList是線程不安全的翅溺，ArrayList的操作并非是原子性的脑漫，通讀ArrayList代碼并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)線程同步機(jī)制的加鎖約束。ArrayList添加一個(gè)元素的時(shí)候未巫，需要兩個(gè)步驟窿撬，第一步在Items[Size]的位置存放此元素，第二步增大Size的值叙凡，在單線程運(yùn)行的情況劈伴，這兩個(gè)步驟是順序執(zhí)行的，互相不會(huì)影響握爷。但是如果有兩個(gè)線程去操作呢跛璧？
? ? ? ? 線程A在0的位置賦了一個(gè)值，然后停下來(lái)新啼，B線程ArrayList 0的位置又賦了一個(gè)值追城，其實(shí)是重復(fù)在一個(gè)位置賦值，然后回到A線程燥撞，執(zhí)行Size增加座柱，也就是ArrayList的大小增加了迷帜，原來(lái)Size是1，現(xiàn)在變成2色洞，然后停下來(lái)繼續(xù)執(zhí)行線程B戏锹，又增加了一個(gè)空間位置，size大小就變成了3火诸，結(jié)果就是0的位置有值锦针，1和2的索引位置都沒(méi)有值實(shí)際大小是3，跟想要的結(jié)果0和1賦不同的值置蜀，結(jié)果不對(duì)奈搜。那么如何來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題呢？
? ? ? ? 在JVM的ArrayList設(shè)計(jì)的時(shí)候給出了兩個(gè)方法可以讓程序員既能利用ArrayList的隨機(jī)訪問(wèn)的高效性能盯荤，又能避免并發(fā)訪問(wèn)線程安全問(wèn)題馋吗。
方法一、繼承Arraylist廷雅，然后重寫(xiě)或按需求編寫(xiě)自己的方法耗美，這些方法要寫(xiě)成synchronized，在這些synchronized的方法中調(diào)用ArrayList的方法航缀。
方法二商架、使用Collections.synchronizedList的接口，如下使用：
List list =Collections.synchronizedList(new ArrayList());
方法一可以實(shí)現(xiàn)芥玉，但是對(duì)于程序開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)加大了工作難度蛇摸，列在這里供參考。為了使用方便推薦直接使用方法二灿巧，因?yàn)镃ollections.synchronizedList已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了ArrayList的線程安全赶袄，所以不用重復(fù)造輪子了。
? ? ? ? 通過(guò)今天的分享希望大家對(duì)ArrayList有深入的了解抠藕。
