ArrayList源码记录

ArrayList 是一个数组队列，内部维护一个 Java数组 ，并且它是动态的，数组的容量可以自动增长。它继承了 AbstractList ，且实现了 List、RandomAccess、Cloneable、Serializable 等接口。

ArrayList的优缺点

优点

• 支持随机存取，由于其内部是一个数组，随机访问元素等于通过数组下标访问，随机获取元素效率高。
• 元素是有序的（按照添加顺序）。
• 支持自动扩容（既是优点也是缺点）。

缺点

• 线程不安全。
• 自动扩容效率低，每次扩容都需要将所有元素添加到新增数组中。
• 添加和删除操作需要移动数组中的元素。

疑问：为何ArrayList继承AbstractList后又实现了List接口？

• 这个回答本人无法辨别内容真实性，不过可以晾出来晒晒。 stackoverflow 上有人回答说是 Josh Bloch （Java集合框架作者）设计失误，作者原本以为这样的设计是有价值的，后来发现并不是。

  stackoverflow.com/questions/2…

• 方便使用Java反射机制获取方法实现的所有接口，因为如果不显式的实现 List 接口，反射获取接口的时候还需要先获取父类，然后再通过父类获取接口。
• 方便一眼就能看出 ArrayList 实现了 List 接口（敷衍.gif）。
• 其它...

ArrayList的部分字段

/**
 * 默认容量为10
 */
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

/**
 * 空数组 
 */
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

/**
 * 用于默认大小的空数组。将此与EMPTY_ELEMENTDATA区分开来，以便在添加第一个元素时知道要膨胀多少。
 * 使用无参构造初始化ArrayList时默认的数组
 */
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

/**
 * 存储ArrayList元素的数组。添加第一个元素时，如果elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
 * 则此数组的长度是默认的10
 */
transient Object[] elementData;

/**
 * ArrayList的元素个数
 */
private int size;
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ArrayList的构造方法

带一个 int 类型参数的构造方法，传入的是 ArrayList 的初始长度

public ArrayList(int initialCapacity) {
	if (initialCapacity > 0) {
			this.elementData = new Object[initialCapacity];
	} else if (initialCapacity == 0) {
			// 默认的空数组 Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {}
			this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
	} else {
			throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+initialCapacity);
	}
}
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JDK8的无参构造

public ArrayList() {
	this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
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JDK7的无参构造

public ArrayList() {
	this(10);
}
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JDK8中使用默认的无参构造方法初始化 ArrayList 时，做了延迟优化，在未执行 add() 方法前 ArrayList 数组中的实际大小还是 0 ，等到第一次添加元素的时候才进行默认长度为 10 的数组初始化。

传入一个集合对象的构造方法，构造一个包含此集合元素的 ArrayList

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;
	}
}
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ArrayList是如何实现动态增长的？

首先看 add(E e) 方法

public boolean add(E e) {
	// 判断添加此元素时数组是否会超出，超出则增长数组
	ensureCapacityInternal(size + 1);
	// 添加元素
	elementData[size++] = e;
	return true;
}
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/**
 * 此方法用于判断当添加这个元素时数组容量是否超出，超出则自动增长
 */
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
	ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}

private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
	// 如果数组是通过默认构造方法实例化的，elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 将返回true
	if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
			// 返回最大的值 ，如果minCapacity大于10则返回minCapacity的值
			return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
	}
	return minCapacity;
}

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
	// fail-fast机制，并发修改会抛出异常 throw new ConcurrentModificationException()
	modCount++;

	// overflow-conscious code
	if (minCapacity - elementData.length > 0)
			// 新增元素后的数组长度超过了当前数组长度，所以调用增加数组长度的方法
			grow(minCapacity);
}
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看一看 grow(int minCapacity) 方法就能知道 ArrayList 是如何自动增长容量的了

// 分配的最大数组大小
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

private void grow(int minCapacity) {
	// overflow-conscious code
	int oldCapacity = elementData.length;
	// 增长后的容量等于旧容量的1.5倍
	int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
	if (newCapacity - minCapacity < 0)
			newCapacity = minCapacity;
	 // MAX_ARRAY_SIZE为int的最大值减8，如果增长后的容量超过该值，则直接返回int的最大值，否则返回该值
	if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0);
			newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
	// 使用的是Arrays.copyOf()方法将原数组中的元素拷贝到新增数组中，新增数组的长度即是newCapacity
	elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
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这里列出 hugeCapacity(int minCapacity) 方法

private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
	if (minCapacity < 0) // overflow
			throw new OutOfMemoryError();
	return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
			Integer.MAX_VALUE :
			MAX_ARRAY_SIZE;
}
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JDK6中 int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1; 增长容量等于旧容量的1.5倍加1，JDK8中使用了位运算，直接增长为旧容量的1.5倍。

手动调整ArrayList的容量

在添加大量元素前，可以通过调用 ensureCapacity(int minCapacity) 方法来手动增加 ArrayList 的容量，以减少递增式再分配的数量

public void ensureCapacity(int minCapacity) {
	int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
			// any size if not default element table
			? 0
			// larger than default for default empty table. It's already
			// supposed to be at default size.
			: DEFAULT_CAPACITY;

	if (minCapacity > minExpand) {
			ensureExplicitCapacity(minCapacity);
	}
}
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trimToSize() 方法可以将ArrayList的容量调整为实际元素的大小

public void trimToSize() {
	modCount++;
	if (size < elementData.length) {
			elementData = (size == 0)
				? EMPTY_ELEMENTDATA
				: Arrays.copyOf(elementData, size);
	}
}
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fail-fast机制

由于 ArrayList 不是线程安全的，所以如果在使用迭代器的过程中有其它线程修改了 ArrayList ，那么将会抛出 throw new ConcurrentModificationException() 的异常，这就是 fail-fast机制 （快速失败）。

fail-fast机制 是通过 modCount 字段来判断的， modCount 字段是父类 AbstractList 的字段，在每次修改 ArrayList 时， modCount 字段都会自动加1，迭代器初始化时会将 modCount 的值赋给迭代器的 expectedModCount 字段。 ArrayList的迭代器内部实现（部分）

public Iterator<E> iterator() {
	return new Itr();
}
		
private class Itr implements Iterator<E> {
	int cursor;       // index of next element to return
	int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such
	int expectedModCount = modCount;

	Itr() {}

	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();
		}
	}
}
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在执行 next()、remove() 方法时都会调用 checkForComodification() 方法，判断 expectedModCount 是否还等于 modCount ，如果不相等则说明已经有其它线程修改了 ArrayList ，这时就将抛出异常 throw new ConcurrentModificationException() 。

final void checkForComodification() {
	if (modCount != expectedModCount)
			throw new ConcurrentModificationException();
}
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