ArrayList 源码分析（jdk1.8）

类继承关系：

(*=>：接口实现)

java.lang.Object 
  –java.util.AbstractCollection =>Collection 
    –java.util.AbstractList =>List 
      –java.util.ArrayList =>List,Serializable(), Cloneable, RandomAccess 
什么是ArrayList

       ArrayList既然类名中包含array，那必然跟数组有关，ArrayList其底层是通过数组实现的，但是与数组不同的是，定义一个数组时必须要定义其长度，与定义好其容量就不会改变的数组相比，ArrayList是根据不断添加的元素，而自动扩容的动态数组（下面将详细介绍）。

源码分析：

1.类继承实现

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable,Serializable{
    //方法....
}

在这里扩展了AbstractList类，实现了List接口，但是查看RandomAccess，Cloneable，Serializable这三个接口时，发现是空接口…….. 
其实这里的这三个接口只是起到标记作用，是接口的一种非典型用法的标记接口。 
例如Collections.shuffle()就是通过instanceof 判断该集合是否实现了RandomAccess接口来执行不同的随机排序算法。

RandomAccess：这个接口用于表示集合是否支持快速访问，ArrayList是基于数组实现的，支持快速随机访问。而LinkedList中则没有实现这个接口，因为LinkedList是双向链表，虽然支持通过下标进行访问，但是代价却很大。

Cloneable：可以克隆。ArrayList中也重写了clone方法（浅克隆）

Serializable：可以序列化，这个用的比较多就不说了。

我个人不太理解的是为什么不使用Annotation，而去采用这种标记接口的方式，或许是这种设计方式比较早，还没有Annotation，现在难以修改，不知道理解的对不对，如果有了解的大神，还请留言指点一下，谢谢。

2.成员变量/

**
 * 默认初始容量
 */
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

/**
 * 用于空实例的共享空数组实例。
 */
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

/**
 * 用于默认大小的空实例的共享空数组实例
 * 我们根据第一个元素被添加时知道多少个元素去填充把它与EMPTY_ELEMENTDATA
 * 区分开来.
 * （这个变量是jdk1.8新加的）
 */
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

/**
 * 保存了添加到ArrayList中的元素的数组
 * transient修饰不会被序列化
 */
transient Object[] elementData; 

/**
 * 数组当前长度
 * 其实就是这个ArrayList的长度 ，调用size()方法的返回值
 */
private int size;

/**
 * 数组最大容量
 */
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

需要注意的变量：

elementData这个数组其实就是用来存储向ArrayList添加的元素的，在第一次初始化的时候给这个数组初始化长度为DEFAULT_CAPACITY（10），可以添加null值，当数组长度不足时会进行扩容为1.5倍，下面会详细介绍。

transient 修饰elementData表示将不会被序列化，但是ArrayList又是一个可序列化的类，因为elementData是个缓存数组，通常会预留一些容量，ArrayList在序列化时会调用writeObject()，反序列化时调用readObject()方法，这样保证只序列化实际存储的元素，而不是整个数组。

3.主要方法

构造方法

ArrayList一共提供了3种构造方法

1.

/**
 * 这一种是我们最常用的构造方法
 * 直接创建一个空数组
 */
public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

2.

/**
 * 根据指定容量创建
 */
public ArrayList(int initialCapacity) {
        //指定容量>0时，根据指定容量创建数组
        if (initialCapacity > 0) {
            this.elementData = new Object[initialCapacity];
        //当指定容量为0时，直接创建空数组
        } else if (initialCapacity == 0) {
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        //其他情况 非法参数异常 带回参数
        } else {
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+initialCapacity);
        }
    }
3.

/**
 * 创建一个和传入集合一样的ArrayList
 */
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
    //将传入集合转换为数组，赋给elementData（ArrayList中存储元素的数组）
    elementData = c.toArray();
    if ((size = elementData.length) != 0) {
        // c.toarray可能（错误地）不返回对象[ ]
        if (elementData.getClass() != Object[].class)
            //copy数组
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
    } else {
        // 用空数组替换。
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
}

获取元素

/**
 *
 */
public E get(int index) {
    //检查参数是否正确
    rangeCheck(index);
    //因为ArrayList是通过elementData这个数组存储元素
    //所以直接根据下标获取该数组的元素即可
    return elementData(index);
}

/**
 * 检查是否越界
 */
private void rangeCheck(int index) {
    if (index >= size)//如果index大于当前长度 异常索引越界
    throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}

添加元素

/**
 * 添加元素
 */
public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1); //扩容方法  size+1为最小容量（添加一个元素 所以为1）
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

/**
 * 获取所需最小容量
 */
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    //如果elementData为空数组时
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        //DEFAULT_CAPACITY（默认容量10）和最小容量中取最大的为最小容量
        minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY,minCapacity);
    }

    ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}

/**
 * 是否扩容判断
 */
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;//修改次数++
    //需要的最小容量比elementData长度大时，容量不足，则需要进行扩容
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        grow(minCapacity);
}

/**
 * 扩容
 */
private void grow(int minCapacity) {
    int oldCapacity = elementData.length;
    //新的容量为原来的1.5倍
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);

    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    //如果超过最大长度 则设置为最大长度  不管了
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    //对数组进行复制
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

当我们使用ArrayList时，如果需要加入大量的元素时，将不断会进行扩容，进行数组copy，这样的效率很低，在jdk1.8中提供了ensureCapacity()方法，我们可以预先设置容量，来提高初始化效率。

public void ensureCapacity(int minCapacity) {
        int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
            ? 0: DEFAULT_CAPACITY;
        if (minCapacity > minExpand) {
            ensureExplicitCapacity(minCapacity);
        }
    }

移除元素

/**
 * 根据下标移除
 */
public E remove(int index) {
    //检查是否越界
    rangeCheck(index);
    //修改次数+1
    modCount++;
    //获取要移除的元素
    E oldValue = elementData(index);

    //数组elementData中index位置之后的所有元素向前移一位
    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        //复制数组 
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
    elementData[--size] = null;
    return oldValue;//返回删除的元素
}

/**
 * 删除某个元素
 */
public boolean remove(Object o) {
    if (o == null) {
        for (int index = 0; index < size; index++)
            if (elementData[index] == null) {
                fastRemove(index);//快速移除不需要下标校验，无返回值
                return true;
            }
    } else {
        for (int index = 0; index < size; index++)
            if (o.equals(elementData[index])) {
                fastRemove(index);//快速移除不需要下标校验，无返
                return true;
            }
    }
    return false;
}

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; 
}

4.Fail-Fast 机制

为什么要记录修改操作次数？

关于modcount是从AbstractList中继承来的，用来检查列表中的元素是否发生结构性变化，当一个线程正在迭代遍历，另一个线程修改了这个列表的结构。就会出现ConcurrentModificationException异常。这种情况下我们就需要Collections.synchronizedList加上线程锁控制，或者使用Concurrent并发包下的CopyOnWriteArrayList。 
同理我们也不能在迭代过程中用集合方法去操作集合，如果需要进行操作，则需要使用迭代器中提供的方法进行修改。
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原文：https://blog.csdn.net/qq_23830637/article/details/78979628