ArrayList源码解析(jdk1.8)

概述

ArrayList是基于数组实现的，它可以动态的增加和减少元素，灵活的设置数组的大小。

构造方法

分析该类，我们从构造方法中开始：

private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

transient Object[] elementData;

private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

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);
    }
}

public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

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;
    }
}

重载了三个构造方法，在构造方法中都是初始化了数组对象elementData，该数组就是用来存储集合中的元素。默认情况下，该数组中存储元素为空。

注：elementData被关键字transient修饰。

Java的serialization提供了一种持久化对象实例的机制。当持久化对象时，可能有一个特殊的对象数据成员，我们不想用serialization机制来保存它。为了在一个特定对象的一个域上关闭serialization，可以在这个域前加上关键字transient。

添加元素add/addAll

ArrayList使用add方法来添加元素，如：

public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

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++;
}

add也使用了方法重载，我们使用第一个方法直接在数组末尾添加一个元素。第二个方法用于在指定位置上添加该元素。我们分别来分析：
在add(E e)中，首先会执行ensureCapacityInternal方法：

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }

    ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;

    // overflow-conscious code
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        grow(minCapacity);
}

private void grow(int minCapacity) {
    // overflow-conscious code
    int 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);
}

private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
    if (minCapacity < 0) // overflow
        throw new OutOfMemoryError();
    return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
        Integer.MAX_VALUE :
        MAX_ARRAY_SIZE;
}

1. 在ensureCapacityInternal中，首先来判断数组elementData是否为空数组，如果是的话，比较传入的参数大小和系统默认的容量大小10，取其最大值；
2. 将上面得到的最大值作为参数，传入ensureExplicitCapacity方法中。如果传入的参数大于数组的长度，那么就执行grow方法；
3. 获取新的容量值newCapacity，将重新生成elementData对象并且将旧的elementData数据拷贝过来。

在add(int index, E element)方法中：
1. 首先通过方法rangeCheckForAdd来判断index的合法性；
2. 然后同样执行ensureCapacityInternal方法，逻辑与上面一致；
3. 使用系统方法将index之后的数据赋值到数组中来，留出index位置；
4. 将element赋值到index位置中；

ArrayList使用addAll方法来添加元素，如：

public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
    Object[] a = c.toArray();
    int numNew = a.length;
    ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount
    System.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 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;
}

ArrayList使用addAll可以将整个集合添加进来，
在addAll(Collection

删除元素remove/removeAll

ArrayList使用remove方法来添加元素，如：

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 work

    return 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;
}

remove方法中接收两个类型参数，一个通过index索引值来删除对应的数组元素，另一个是通过存储的对象来删除对象。

通过索引index来删除元素：
1. 首先通过rangeCheck来判断index的合法性；
2. 将index之后的数据copy到elementData中来；
3. elementData数量减一；

通过Object对象来删除元素：

public boolean remove(Object o) {
    if (o == null) {
        for (int index = 0; index < size; index++)
            if (elementData[index] == null) {
                fastRemove(index);
                return true;
            }
    } else {
        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
}

1. o为空时，通过遍历elementData中的元素，将elementData数组中为空的元素全部删除；
2. o不为空时，遍历elementData中的元素，将elementData中等于o的数据删除；

其他常用的操作get/clear/forEach/contains

public E get(int index) {
    rangeCheck(index);

    return elementData(index);
}

直接通过index获取elementData数组的元素；

public void clear() {
    modCount++;

    // clear to let GC do its work
    for (int i = 0; i < size; i++)
        elementData[i] = null;

    size = 0;
}

遍历elementData数组，将元素都置为null，设置size为0；

@Override
public void forEach(Consumer<? super E> action) {
    Objects.requireNonNull(action);
    final int expectedModCount = modCount;
    @SuppressWarnings("unchecked")
    final E[] elementData = (E[]) this.elementData;
    final int size = this.size;
    for (int i=0; modCount == expectedModCount && i < size; i++) {
        action.accept(elementData[i]);
    }
    if (modCount != expectedModCount) {
        throw new ConcurrentModificationException();
    }
}

遍历数组elementData，然后将其中元素通过Consumer暴露外部接收；

public boolean contains(Object o) {
    return indexOf(o) >= 0;
}

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;
}

遍历数组取出对应的元素，如果存在返回中对应的index值，否则返回-1。

总结：
1. ArrayList基于数组方式实现，动态改变数组的容量大小，可以通过下标索引直接查找到指定位置的元素，因此查找效率高，但每次插入或删除元素，就要大量地移动元素，插入删除元素的效率低；
2. 构造方法中，无参构造方法构造的ArrayList的容量默认为10，带有Collection参数的构造方法，将Collection转化为数组赋给ArrayList的实现数组elementData。
3. 在查找给定元素索引值等的方法中，源码都将该元素的值分为null和不为null两种情况处理，ArrayList中允许元素为null。
4. 线程不安全；