ArrayList底层原理详解

前言：

这里我用的JDK8
在讲ArrayList之前，先讲简单讲下List
List集合代表一个有序集合，集合中每个元素都有其对应的顺序索引，它继承Collection接口，可以定义一个允许重复的有序集合
List接口的特点：
1、有下标
2、有顺序
3、能重复
实现List接口的集合有：
- ArrayList、LinkedList、Vector、Stack
在这篇文章，只详细讲ArrayList底层

ArrayList

实现了List接口，也是最常用的一种集合
特点：底层数据结构是数组，查询快，增删除慢，线程不安全，效率高
优点：操作读取操作效率高，底层是基于数组实现的，可以为null值，可以允许重复元素，有序，异步。
缺点：由于它是底层是动态数组实现的，不适合频繁的对元素的进行插入和删除操作，因为每次插入和删除都需要移动数组中的元素，操作慢且复杂。

底层原理

我们以下的代码进行讲解,且从debug模式进入底层

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> arryayList = new ArrayList<Integer>();
        arryayList.add(1);
        arryayList.add(2);
        arryayList.add(3);
        arryayList.add(4);
        arryayList.add(5);
        arryayList.add(6);
        arryayList.add(7);
        arryayList.add(8);
        arryayList.add(9);
        arryayList.add(10);
        arryayList.add(11);
    }
}

我们在main方法里面的全部代码都打上断点
在这里插入图片描述进入debug模式，按F7,再按F8，再按F7，就可以跳过类加载器，进入ArrayList类中

ArrayList中的构造方法


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

elementData是一个Object空数组，
DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA：是一个空常量数组

1.transient Object[] elementData;
#
2.private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

第一个结论：
Object[] elementData：就是ArrayList存储数据的地方，且是空数组

ArrayList存储数据的地方其实是一个Object数组，并且一开始是{}(空数组)
     public ArrayList() {
         this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

接着我们将debug进入add底层，首先会进入包装方法，这个方法与底层无关，跳过，所以我们按F8跳出，再按F7进入
在这里插入图片描述跳到这里add方法

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

size刚开始是等于0 : size=0,

我们再进入ensureCapacityInternal方法
这里的minCapacity就是size+1
minCapacity = 1

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {//minCapacity=1
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
    }

进入calculateCapacity(elementData, minCapacity)
elementData：就是Object数组，这里是空数组
minCapacity = 1

private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        return minCapacity;
    }

在ArrayList的构造方法中就是
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
所以两者是相等的，会执行

//DEFAULT_CAPACITY=10
//minCapacity = 1
return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);//返回DEFAULT_CAPACITY=10

而DEFAULT_CAPACITY =10

 private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

所以执行的代码如下

return Math.max(10,1);//返回10

那么10就会返回到这里

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {//minCapacity=1
		//相等于ensureExplicitCapacit(10)
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
    }

进入ensureCapacityInternal方法中

此时的minCapacity=10

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

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

minCapacity=10，
elementData.length = 0
那么必然进行grow(minCapacity)方法中
grow()就是扩容方法

进入grow()方法中

 private void grow(int minCapacity) {//minCapacity=10
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;//oldCapacity是旧的容量为0
        //newCapacity :新容量
        //oldCapacity >> 1：右移一位，位运算，相当于oldCapacity/2
        //newCapacity=旧容量+旧容量的0.5倍 = 1.5倍，所以ArrayList每次扩容1.5倍
        //但在这里newCapacity=0，因为oldCapacity=0
        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);
    }

int oldCapacity = elementData.length;//oldCapacity是旧的容量为0
newCapacity :新容量
oldCapacity >> 1：右移一位，位运算，相当于oldCapacity / 2
**newCapacity=旧容量+旧容量的0.5倍 = 1.5倍，所以ArrayList每次扩容1.5倍**
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
newCapacity = 0 +（0 >> 1）=0
符合if (newCapacity - minCapacity < 0)判断语句
而minCapacity = 10,那么得到newCapacity = minCapacity = 10;
第二次总结：
ArrayList每次扩容原来的1.5倍

接着进入copyOf方法，

//original=elementData：就是旧数组
//newLength = newCapacity = 10 //新数组
 public static <T> T[] copyOf(T[] original, int newLength) {
        return (T[]) copyOf(original, newLength, original.getClass());
    }

里面还有个copyOf，接着进入

在这里插入图片描述最重要的数组复制方法

//将原来的数组，从0开始，复制到copy这个数组中，也是从0开始，复制原来数组的长度
System.arraycopy(original, 0, copy, 0,Math.min(original.length, newLength));

将原来的数组，从0开始，复制到copy这个数组中，也是从0开始，复制原来数组的长度
其实就是把原来数组的数据复制到新数组中

第三次总结：
在grow()方法中的Arrays.copyOf()才是做真正的扩容

Arrays.copyOf(elementData,newCapacity(minCapacity))
   这个方法在做数组的扩容，底层其实就是System.arrayCopy()

然后返回copy这个新数组，赋值给旧数组,这样就完成扩容

 elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);//elementData  = copy

完成扩容后回来原来的add方法

public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // 完成扩容
        //elementData：就是完成扩容后的数组，size++,
        //elementData[1] = e,完成添加操作
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

出处：https://blog.csdn.net/xiannbi
本文版权归作者所有，欢迎转载，但未经作者同意必须保留此段声明，且在文章页面明显位置给出原文连接，否则保留追究法律责任的权利。

Augaaa

发布了3 篇原创文章 · 获赞 0 · 访问量 94

私信关注