ArrayList源码分析
前言
在之前的文章中我们提到过ArrayList，ArrayList可以说是每一个学java的人使用最多最熟练的集合了，但是知其然不知其所以然。关于ArrayList的具体实现，一些基本的都也知道，譬如数组实现，线程不安全等等，但是更加具体的就很少去了解了，例如：初始化的长度，扩容等。
本篇主要通过一些对源码的分析，讲解几个ArrayList常见的方法，以及和Vector的区别。
ArrayList
定义
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
ArrayList实际上是一个动态数组，容量可以动态的增长，其继承了AbstractList，实现了List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable这些接口。
RandomAccess接口，被List实现之后，为List提供了随机访问功能，也就是通过下标获取元素对象的功能。
实现了Cloneable, java.io.Serializable意味着可以被克隆和序列化。
初始化
在使用中我们经常需要new出来各种泛型的ArrayList，那么在初始化过程是怎样的呢？
如下一行代码，创建一个ArrayList对象
List<Person> list = new ArrayList<>();
我们来看源码，是如何初始化的，找到构造方法
//无参构造方法public ArrayList() { super(); this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;}
看到这些代码的时候，我也是不解的，elementData和EMPTY_ELEMENTDATA是什么啊？但是很明显EMPTY_ELEMENTDATA是一个常量，追本溯源我们去看一下成员属性。
//如果是无参构造方法创建对象的话，ArrayList的初始化长度为10，这是一个静态常量private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;//在这里可以看到我们不解的EMPTY_ELEMENTDATA实际上是一个空的对象数组 private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};//保存ArrayList数据的对象数组缓冲区 空的ArrayList的elementData = EMPTY_ELEMENTDATA 这就是为什么说ArrayList底层是数组实现的了。elementData的初始容量为10，大小会根据ArrayList容量的增长而动态的增长。 private transient Object[] elementData;//集合的长度 private int size;
执行完构造方法，如下图
可以说ArrayList的作者真的是很贴心，连缓存都处理好了，多次new出来的新对象，都指向同一个引用。
添加方法add
add(E e)
/** * Appends the specified element to the end of this list. *///增加元素到集合的最后public boolean add(E e) { ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! //因为++运算符的特点 先使用后运算 这里实际上是 //elementData[size] = e //size+1 elementData[size++] = e; return true;}
先不管ensureCapacityInternal的话，这个方法就是将一个元素增加到数组的size++位置上。
再说回ensureCapacityInternal，它是用来扩容的，准确说是用来进行扩容检查的。下面我们来看一下整个扩容的过程
//初始长度是10，size默认值0，假定添加的是第一个元素，那么minCapacity=1 这是最小容量 如果小于这个容量就会报错//如果底层数组就是默认数组，那么选一个大的值，就是10private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { if (elementData == EMPTY_ELEMENTDATA) { minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); } //调用另一个方法ensureExplicitCapacity ensureExplicitCapacity(minCapacity); } private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) { //记录修改的次数 modCount++; // overflow-conscious code //如果传过来的值大于初始长度 执行grow方法（参数为传过来的值）扩容 if (minCapacity - elementData.length > 0) grow(minCapacity); }//真正的扩容 private void grow(int minCapacity) { // overflow-conscious code int oldCapacity = elementData.length; //新的容量是在原有的容量基础上+50% 右移一位就是二分之一 int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); //如果新容量小于最小容量，按照最小容量进行扩容 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: //这里是重点 调用工具类Arrays的copyOf扩容 elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); }//Arrayspublic static <T,U> T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class<? extends T[]> newType) { T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class) ? (T[]) new Object[newLength] : (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength); System.arraycopy(original, 0, copy, 0, Math.min(original.length, newLength)); return copy;}
add(int index, E element)
添加到指定的位置
public void add(int index, E element) { //判断索引是否越界，如果越界就会抛出下标越界异常 rangeCheckForAdd(index);//扩容检查 ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! //将指定下标空出 具体作法就是index及其后的所有元素后移一位 System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,size - index); //将要添加元素赋值到空出来的指定下标处 elementData[index] = element; //长度加1 size++;}//判断是否出现下标是否越界private void rangeCheckForAdd(int index) { //如果下标超过了集合的尺寸 或者 小于0就是越界 if (index > size || index < 0) throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));}
remove(int index)
ArrayList支持两种删除元素的方式
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remove(int index) 按照下标删除 常用
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remove(Object o) 按照元素删除 会删除和参数匹配的第一个元素
下面我们看一下ArrayList的实现
/** 移除list中指定位置的元素 * Removes the element at the specified position in this list. 所有后续元素左移 下标减1 * Shifts any subsequent elements to the left (subtracts one from their * indices). *参数是要移除元素的下标 * @param index the index of the element to be removed 返回值是被移除的元素 * @return the element that was removed from the list * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc} */public E remove(int index) { //下标越界检查 rangeCheck(index);//修改次数统计 modCount++; //获取这个下标上的值 E oldValue = elementData(index);//计算出需要移动的元素个数 （因为需要将后续元素左移一位 此处计算出来的是后续元素的位数） int numMoved = size - index - 1; //如果这个值大于0 说明后续有元素需要左移 是0说明被移除的对象就是最后一位元素 if (numMoved > 0) //索引index只有的所有元素左移一位 覆盖掉index位置上的元素 System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,numMoved); // 将最后一个元素赋值为null 这样就可以被gc回收了 elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work//返回index位置上的元素 return oldValue;}//移除特定元素public boolean remove(Object o) { //如果元素是null 遍历数组移除第一个null if (o == null) { for (int index = 0; index < size; index++) if (elementData[index] == null) { //遍历找到第一个null元素的下标 调用下标移除元素的方法 fastRemove(index); return true; } } else { //找到元素对应的下标 调用下标移除元素的方法 for (int index = 0; index < size; index++) if (o.equals(elementData[index])) { fastRemove(index); return true; } } return false;}//按照下标移除元素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}
ArrayList总结
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底层数组实现，使用默认构造方法初始化出来的容量是10
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扩容的长度是在原长度基础上加二分之一
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实现了RandomAccess接口，底层又是数组，get读取元素性能很好
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线程不安全，所有的方法均不是同步方法也没有加锁，因此多线程下慎用
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顺序添加很方便
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删除和插入需要复制数组 性能很差（可以使用LinkindList）
为什么ArrayList的elementData是用transient修饰的？
transient修饰的属性意味着不会被序列化，也就是说在序列化ArrayList的时候，不序列化elementData。
为什么要这么做呢？
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elementData不总是满的，每次都序列化，会浪费时间和空间
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重写了writeObject 保证序列化的时候虽然不序列化全部 但是有的元素都序列化
所以说不是不序列化 而是不全部序列化。
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws java.io.IOException{// Write out element count, and any hidden stuffint expectedModCount = modCount;s.defaultWriteObject(); // Write out array length s.writeInt(elementData.length); // 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(); }}
ArrayList和Vector的区别
标准答案
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ArrayList是线程不安全的，Vector是线程安全的
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扩容时候ArrayList扩0.5倍，Vector扩1倍
那么问题来了
ArrayList有没有办法线程安全？
Collections工具类有一个synchronizedList方法
可以把list变为线程安全的集合，但是意义不大，因为可以使用Vector
Vector为什么是线程安全的？
老实讲，抛开多线程 它俩区别没多大，但是多线程下就不一样了，那么Vector是如何实现线程安全的，我们来看几个关键方法
public synchronized boolean add(E e) { modCount++; ensureCapacityHelper(elementCount + 1); elementData[elementCount++] = e; return true;}public synchronized E remove(int index) { modCount++; if (index >= elementCount) throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index); E oldValue = elementData(index); int numMoved = elementCount - index - 1; if (numMoved > 0) System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); elementData[--elementCount] = null; // Let gc do its work return oldValue;}
就代码实现上来说，和ArrayList并没有很多逻辑上的区别，但是在Vector的关键方法都使用了synchronized修饰。
我不能保证每一个地方都是对的，但是可以保证每一句话，每一行代码都是经过推敲和斟酌的。希望每一篇文章背后都是自己追求纯粹技术人生的态度。
永远相信美好的事情即将发生。
