为什么 ArrayList 底层数组要使用 `transient` 关键字？

为什么 ArrayList 底层数组要使用 transient 关键字？

在 Java 中，ArrayList 是一个常用的动态数组实现，它内部使用一个数组来存储元素。为了提高性能和节省空间，ArrayList 在序列化时并不会直接序列化整个底层数组，而是通过自定义的序列化方法来实现。这里的关键在于 transient 关键字的使用。本文将深入探讨为什么 ArrayList 的底层数组要使用 transient 关键字，并通过丰富的代码示例和详细的解释，帮助你全面理解其工作原理及实际应用。

前置知识

在深入探讨之前，我们需要了解一些基本概念：

1. 序列化：将对象转换为字节流的过程，以便存储或传输。
2. 反序列化：将字节流转换回对象的过程。
3. Serializable 接口：Java 提供的一个标记接口，用于表示对象可以被序列化。
4. transient 关键字：用于标记字段，使其不参与序列化过程。
5. ArrayList：Java 集合框架中的一种动态数组实现，继承自 AbstractList 类并实现了 List 接口。

transient 关键字的作用

transient 关键字用于标记字段，使其不参与默认的序列化过程。当一个对象被序列化时，默认情况下，所有非 transient 字段都会被序列化。而 transient 字段则会被忽略，不会被序列化。

ArrayList 的底层数组

ArrayList 内部使用一个数组来存储元素。为了提高性能，ArrayList 会预留一些额外的空间，因此数组的大小可能大于实际存储的元素数量。这个内部数组被标记为 transient，表示该字段不参与默认的序列化过程。

transient Object[] elementData;

为什么底层数组要使用 transient？

使用 transient 关键字标记底层数组的主要原因有以下几点：

1. 节省空间：ArrayList 的内部数组可能会预留一些额外的空间，这些额外的空间在序列化时是不必要的。通过标记为 transient，可以避免序列化这些未使用的空间，从而节省空间。
2. 性能优化：序列化整个数组可能会导致性能问题，特别是当数组很大时。通过自定义序列化方法，只序列化实际存储的元素，可以提高序列化和反序列化的性能。
3. 灵活性：通过自定义序列化方法，ArrayList 可以更灵活地控制序列化过程，例如只序列化非 null 的元素，从而避免序列化空值。

自定义序列化方法

ArrayList 通过自定义的 writeObject 和 readObject 方法来实现序列化和反序列化。这些方法位于 ArrayList 的内部，用于处理内部数组的序列化。

writeObject 方法

writeObject 方法用于将 ArrayList 的元素写入到输出流中。该方法会遍历内部数组，将非 null 的元素写入输出流。

private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws java.io.IOException {
   
    // 写入非静态字段和非 transient 字段
    s.defaultWriteObject();

    // 写入元素数量
    s.writeInt(size);

    // 写入所有元素
    for (int i = 0; i < size; i++) {
   
        s.writeObject(elementData[i]);
    }
}

readObject 方法

readObject 方法用于从输入流中读取 ArrayList 的元素。该方法会读取元素数量，并根据元素数量创建一个新的数组，然后将元素读取到数组中。

private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
   
    // 读取非静态字段和非 transient 字段
    s.defaultReadObject();

    // 读取元素数量
    int size = s.readInt();

    // 创建新的数组
    elementData = new Object[size];

    // 读取所有元素
    for (int i = 0; i <