数据结构学习系列之从源码来看ArrayList

引导

ArrayList是List大家族的一份子，祖先是Collection，也是我们最常用的数据结构之一，它的实现原理正如其名，其内部是一个对象数组：

transient Object[] elementData;
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ArrayList使用一个变量来控制当前的游标，当我们做add或者remove操作的时候就会移动游标：

private int size;
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ArrayList大部分的基本操作都是围绕这两个变量展开的。

add方法

public boolean add(E e) {
   ensureCapacityInternal(size + 1);  // A
   elementData[size++] = e; // B
   return true;
}
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当我们向ArrayList添加一个元素的时候，在A这一步会检测是否需要扩容，扩容的检测机制也很简单：

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

   // overflow-conscious code
   if (minCapacity - elementData.length > 0)
       grow(minCapacity);
}
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如果发现size + 1大于数组长度，则认为数组不够用，需要扩容，扩容的过程在grow方法中进行：

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);
}
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扩容时，首先会计算出新的容器大小，然后使用Arrays.copyOf复制数组。扩容检测结束，则执行

elementData[size++] = e; // B
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元素赋值并移动下标！

remove方法

ArrayList中的remove操作有两种方式，第一种通过下标移除：

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

    modCount++;
    E oldValue = elementData(index);

    int numMoved = size - index - 1;  
    if (numMoved > 0) //A
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                         numMoved); //B
    elementData[--size] = null; // C

    return oldValue;
}
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首先会在A处判断要移除的元素是否是当前尾部元素，如果是，则直接执行C，否则，会将该元素之后的所有元素向前移移位，这里同样使用的是Arrays.copyOf。

另一种移除方式是通过判断是否是同一个对象来决定是否移除：

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;
}
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这里很简单，通过遍历elementData然后依次判断是否和被移除的元素相等，如果相等则移除，并返回true。通过代码可以看到，如果将一个元素执行多次add，那么需要执行同样次数的remove才可以删干净!

subList方法

首先说明一下，这个方法要慎用，从方法名字和方法参数来看，让人感觉是将List截取一部分供大家使用，就像String的subString方法一样，其返回值是一个新的对象，然而其内部实现却并非如此：

public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) {
   subListRangeCheck(fromIndex, toIndex, size);
   return new SubList(this, 0, fromIndex, toIndex);
}
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通过源码可以看到，首先会进行范围检测，之后会返回一个SubList对象，貌似没什么问题，别急，我们进一步看一下SubList这个类：

SubList(AbstractList<E> parent,
                int offset, int fromIndex, int toIndex) {
    this.parent = parent;
    this.parentOffset = fromIndex;
    this.offset = offset + fromIndex;
    this.size = toIndex - fromIndex;
    this.modCount = ArrayList.this.modCount;
}
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该类的构造方法需要传入一个List对象并将其赋值给SubList的parent变量，毋容置疑，这个对象就是当前的ArrayList对象，还有offset、fromIndex、toIndex。

此时我们会发现有些不妙，为啥一个新的List还会有from和to这种东西？于是我们带着好奇心去看一看它的add方法：

public void add(int index, E e) {
    rangeCheckForAdd(index);
    checkForComodification();
    parent.add(parentOffset + index, e); //A
    this.modCount = parent.modCount;
    this.size++;
}
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注意A这一步，parent不就是我们构造方法中传进来的ArrayList对象吗！！这里竟然操作的是原来的ArrayList对象，而并非快照！

由此看来，subList方法获取的SubList对象的操作是基于原ArrayList对象内部的elementData数组的，如果只读的情况下，这个方法人畜无害，如果想要对其操作，就要慎重使用，因为它会影响原来的ArrayList对象内部元素！

总结

ArrayList的实现是通过数组加游标配合完成，原理很简单，subList方法要慎用，必要时我们可以使用另一种方式避免对原ArrayList的读写：

ArrayList<Integer> list = new ArrayList();
list.add(1);
list.add(2);
ArrayList<Integer> subList = new ArrayList();
subList.addAll(list.subList(1,2));
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