本文深入剖析了Java中ArrayList的源码实现，详细介绍了其内部结构、容量调整策略、增删查改操作的时间复杂度及线程安全性。适用于希望深入了解ArrayList工作原理的开发者。
ArrayList是我们在java编程中经常使用的类，如何能更好的掌握并使用一个数据结构，个人感觉还是需要研读它的源码，在理解源码的基础上加以应用，才可以明白所以然，明白为什么要这样用。
前言
ArrayList源码还是较长的，所以索性把阅读源码的感悟写到前面，关于源码那部分只是作为一个备份，如果有童鞋对ArrayList源码感兴趣，那么可以慢慢看后面的源码，我把自己对于源码的理解写到源码里了！如果有不正确的地方，还希望有牛人指正，多谢多谢！
小小总结：
（1）ArrayList是List 接口的大小可变数组的实现。实现了所有可选列表操作，并允许包括 null 在内的所有元素。
（2）size、isEmpty、get、set、iterator 和 listIterator 操作都以O(1)时间 运行，对于ArrayList的增删，大部分情况需要移动数组的元素，最坏的时间复杂度是O(n)。也就是说，ArrayList是查询较为快速，但增删相对较为耗时的数据结构。
（3）ArrayList**不是同步**的。如果多个线程同时访问一个 ArrayList 实例，而其中至少一个线程从结构上修改了列表，那么它必须 保持外部同步。（结构上的修改是指任何添加或删除一个或多个元素的操作，或者显式调整底层数组的大小；仅仅设置元素的值不是结构上的修改。）
（4）ArrayList继承AbstractList，而在AbstractList中有一个modCount成员变量，每次对ArrayList进行修改时modCount都要加1，个人认为这也是检测ArrayList是否改动的标志。
在获取ArrayList的迭代器的时候，我们会使用iterator()方法，返回的迭代器就与modCount有莫大的关系，如果返回的迭代器中的expectedModCount与ArrayList中的modCount不一致，则认为ArrayList已经被修改，如果继续使用此迭代器的话，会抛出ConcurrentModificationException异常，这也是为什么有些时候操作了ArrayList后需要重新获取它 的迭代器的真正原因。
（5）在每次add元素的时候，都会ensureCapacityInternal(size + 1);检测容量是否足够，如果不够，容量则按1.5倍增长。因此在添加大量元素前，应用程序可以使用 ensureCapacity 操作来增加 ArrayList 实例的容量。这可以减少递增式再分配的数量。
（6）ArrayList的内部实现其实用的是数组，private transient Object[] elementData;，细心的盆友可以看出它的关键字是transient，看到这个关键字，都以为此数组是不可序列化的，其实不然，因为ArrayList实现了Serializable的writeObject()可以客制化，ArrayList实现writeObject并且强制将transient elementData序列化。那么为什么这样设计呢？个人认为是因为ArrayList内部实现是数组，大部分情况下会有空值，比如elementData的大小是10，但实际只有6个元素，那么剩下的4个元素没有实际的意义，如果直接将此标识为可序列化，那么最终会把空值同样序列化，因此将elementData设计为transient，然后实现Serializable的writeObject()方法将其序列化，只序列化实际存储的元素，而不是整个数组。
源码
//继承AbstractList，支持泛型
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
//默认初始化大小
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
//空表
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
//内部实现为数组
private transient Object[] elementData;
//元素数目
private int size;
//初始化一个initialCapacity大小的ArrayList
public ArrayList(int initialCapacity) {
super();//父类的构造函数本身没做什么事情
if (initialCapacity < 0)//检查是否合法
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
this.elementData = new Object[initialCapacity];
}
//初始化一个空的ArrayList
public ArrayList() {
super();
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;//数组为空
}
//按c里面的元素来初始化一个ArrayList
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
//c中的元素转换为数组,elementData的类型为Object[],此处不需要类型转换
elementData = c.toArray();
size = elementData.length;
if (elementData.getClass() != Object[].class)//确保elementData数组是object类型
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
}
//相当于压缩ArrayList，比如ArrayList有10个空间，现在只存储了5个元素，
//通过该方法将ArrayList的空间变为5个
public void trimToSize() {
modCount++;//修改次数+1
if (size < elementData.length) {
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
}
}
//申请minCapacity个空间
public void ensureCapacity(int minCapacity) {
//获取表默认的初始容量,空表为0，其他的默认为DEFAULT_CAPACITY
int minExpand = (elementData != EMPTY_ELEMENTDATA)? 0: DEFAULT_CAPACITY;
//只有minCapacity大于默认初始容量，才申请新的大小的空间
if (minCapacity > minExpand) {
ensureExplicitCapacity(minCapacity);//执行扩容
}
}
//申请minCapacity个空间
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == EMPTY_ELEMENTDATA) {
//minCapacity取DEFAULT_CAPACITY和minCapacity的最大值
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);//执行扩容
}
//执行扩容，容量为minCapacity
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;//修改次数+1
//只有minCapacity大于默认初始容量，才执行扩容
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);//执行扩容,容量为minCapacity
}
//JVM支持大小为MAX_ARRAY_SIZE容量的数组
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
//执行扩容
private void grow(int minCapacity) {
//记录老的容量值
int oldCapacity = elementData.length;
//新的容量按老容量的1.5倍来扩容
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
if (newCapacity - minCapacity < 0)
//如果申请的容量比目前容量的1.5倍还要大
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
//增加新的空间，新增加空间的长度为newCapacity,原有的元素放到新空间的前面
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity < 0) //溢出了
throw new OutOfMemoryError();
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE :MAX_ARRAY_SIZE;
}
//返回元素数目
public int size() {
return size;
}
//判断ArrayList是否为空
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
//判断是否包含值为o的元数
public boolean contains(Object o) {
return indexOf(o) >= 0;
}
//定位第一个值为o的元素
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;
}
//定位最后一个值为o的元素
public int lastIndexOf(Object o) {
if (o == null) {
for (int i = size-1; i >= 0; i--)
if (elementData[i]==null)
return i;
} else {
for (int i = size-1; i >= 0; i--)
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
return -1;
}
//执行浅拷贝
public Object clone() {
try {
@SuppressWarnings("unchecked")
ArrayList<E> v = (ArrayList<E>) super.clone();
//只执行数组中的引用拷贝，引用指向的内存一致
v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
v.modCount = 0;
return v;
} catch (CloneNotSupportedException e) {
throw new InternalError();
}
}
//转换为数组
public Object[] toArray() {
return Arrays.copyOf(elementData, size);
}
//转换为a类型的数组
@SuppressWarnings("unchecked")
public <T> T[] toArray(T[] a) {
if (a.length < size)
// Make a new array of a's runtime type, but my contents:
return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());
System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);
if (a.length > size)
a[size] = null;
return a;
}
//定位第index个元素
@SuppressWarnings("unchecked")
E elementData(int index) {
return (E) elementData[index];//O(1)操作
}
//获取第index个元素
public E get(int index) {
rangeCheck(index);
return elementData(index);
}
//设置第index个元素的值为element
public E set(int index, E element) {
rangeCheck(index);
E oldValue = elementData(index);
elementData[index] = element;
return oldValue;
}
//尾部添加元素e
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
//第index个位置添加元素element
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++;
}
//删除第index个元素
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;
}
//删除值为o的第一个元素
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;
}
//快速删除第index个元素，即不返回删除的元素值
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
}
//将ArrayList置空
public void clear() {
modCount++;
//保证GC可以工作
for (int i = 0; i < size; i++)
elementData[i] = null;
size = 0;
}
//将c里面的所有元素都添加到当前表的尾部
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;
}
//将c里面的所有元素都添加到第index个位置之后
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);//执行拷贝
System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}
//删除formIndex和toIndex之间的元素
protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {
modCount++;
int numMoved = size - toIndex;
System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex,
numMoved);
// clear to let GC do its work
int newSize = size - (toIndex-fromIndex);
for (int i = newSize; i < size; i++) {
elementData[i] = null;
}
size = newSize;
}
//index范围检查
private void rangeCheck(int index) {
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
//index范围检查
private void rangeCheckForAdd(int index) {
if (index > size || index < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
private String outOfBoundsMsg(int index) {
return "Index: "+index+", Size: "+size;
}
//删除所有c里面不包含的元素
public boolean removeAll(Collection<?> c) {
return batchRemove(c, false);
}
//删除所有c里面包含的元素
public boolean retainAll(Collection<?> c) {
return batchRemove(c, true);
}
//执行批量删除
private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement) {
final Object[] elementData = this.elementData;
int r = 0, w = 0;
boolean modified = false;
try {
for (; r < size; r++)
if (c.contains(elementData[r]) == complement)
elementData[w++] = elementData[r];
} finally {
// Preserve behavioral compatibility with AbstractCollection,
// even if c.contains() throws.
if (r != size) {
System.arraycopy(elementData, r,
elementData, w,
size - r);
w += size - r;
}
if (w != size) {
// clear to let GC do its work
for (int i = w; i < size; i++)
elementData[i] = null;
modCount += size - w;
size = w;
modified = true;
}
}
return modified;
}
//序列化
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
throws java.io.IOException{
// Write out element count, and any hidden stuff
int expectedModCount = modCount;
s.defaultWriteObject();
// Write out size as capacity for behavioural compatibility with clone()
s.writeInt(size);
// Write out all elements in the proper order.
for (int i=0; i<size; i++) {
s.writeObject(elementData[i]);
}
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
//反序列化
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
// Read in size, and any hidden stuff
s.defaultReadObject();
// Read in capacity
s.readInt(); // ignored
if (size > 0) {
// be like clone(), allocate array based upon size not capacity
ensureCapacityInternal(size);
Object[] a = elementData;
// Read in all elements in the proper order.
for (int i=0; i<size; i++) {
a[i] = s.readObject();
}
}
}
//返回一个从index开始的双向迭代器
public ListIterator<E> listIterator(int index) {
if (index < 0 || index > size)
throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);
return new ListItr(index);
}
//返回一个双向迭代器
public ListIterator<E> listIterator() {
return new ListItr(0);
}
//返回迭代器
public Iterator<E> iterator() {
return new Itr();
}
//私有内部类，从第0个元素开始的单向迭代器
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;
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();
}
}
final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
//私有内部类，从第index元素开始的双向迭代器
private class ListItr extends Itr implements ListIterator<E> {
ListItr(int index) {
super();
cursor = index;
}
public boolean hasPrevious() {
return cursor != 0;
}
public int nextIndex() {
return cursor;
}
public int previousIndex() {
return cursor - 1;
}
@SuppressWarnings("unchecked")
public E previous() {
checkForComodification();
int i = cursor - 1;
if (i < 0)
throw new NoSuchElementException();
Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length)
throw new ConcurrentModificationException();
cursor = i;
return (E) elementData[lastRet = i];
}
public void set(E e) {
if (lastRet < 0)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();
try {
ArrayList.this.set(lastRet, e);
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
public void add(E e) {
checkForComodification();
try {
int i = cursor;
ArrayList.this.add(i, e);
cursor = i + 1;
lastRet = -1;
expectedModCount = modCount;
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
}
} 
扫一扫
1299
被折叠的 条评论
为什么被折叠?
到【灌水乐园】发言
