Java集合框架ArrayList源码分析（一）
arraylist底层维护的是一个动态数组，每个arraylist实例都有一个容量。该容量是指用来存储列表元素的数组的大小。它总是至少等于列表的大小。随着向 arraylist 中不断添加元素，其容量也自动增长。
arraylist不是同步的（也就是说不是线程安全的），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，在多线程环境下，可以使用collections.synchronizedlist方法声明一个线程安全的arraylist，例如：
list arraylist = collections.synchronizedlist(new arraylist());
下面通过arraylist的源码来分析其原理。
1、arraylist的构造方法：arraylist提供了三种不同的构造方法
1) arraylist()，构造一个初始容量为 10 的空列表。
2) arraylist(int initialcapacity)，构造一个具有指定初始容量的空列表。
3) arraylist(collection<? extends e> c)，构造一个包含指定 collection 的元素的列表，这些元素是按照该 collection 的迭代器返回它们的顺序排列的。
源码如下：
private transient object[] elementdata;
public arraylist(int initialcapacity) {
super();
if (initialcapacity < 0)
throw new illegalargumentexception("illegal capacity: "+ initialcapacity);
this.elementdata = new object[initialcapacity]; //生成一个长度为10的object类型的数组
}
public arraylist() {
this(10); //调用arraylist(int i)
}<br><br>
public arraylist(collection<? extends e> c) {
elementdata = c.toarray(); //返回包含此 collection 中所有元素的数组
size = elementdata.length;
// c.toarray might (incorrectly) not return object[] (see 6260652)
if (elementdata.getclass() != object[].class)
elementdata = arrays.copyof(elementdata, size, object[].class); //复制指定的数组，返回包含相同元素和长度的object类型的数组
}
当采用不带参数的构造方法arraylist()生成一个集合对象时，其实是在底层调用arraylist(int initialcapacity)这一构造方法生产一个长度为10的object类型的数组。当采用带有集合类型参数的构造方法时，在底层生成一个包含相同的元素和长度的object类型的数组。
2、add方法：arraylist提供了两种添加元素的add方法
1) add(e e)，将指定的元素添加到此列表的尾部。
2) add(int index, e e)，将指定的元素插入此列表中的指定位置。向右移动当前位于该位置的元素（如果有）以及所有后续元素（将其索引加 1）private int size;
public boolean add(e e) {
ensurecapacity(size + 1); // 扩大数组容量
elementdata[size++] = e; //将元素e添加到下标为size的object数组中，并且执行size++
return true;
}
public void add(int index, e element) {
if (index > size || index < 0) //如果指定要插入的数组下标超过数组容量或者指定的下标小于0，抛异常
throw new indexoutofboundsexception("index: "+index+", size: "+size);
ensurecapacity(size+1); // 扩大数组容量
system.arraycopy(elementdata, index, elementdata, index + 1,size - index); //从指定源数组中复制一个数组，复制从指定的位置开始，到目标数组的指定位置结束。<br> // elementdata --- 源数组 index --- 源数组中的起始位置 <br> // elementdata --- 目标数组 index+1 --- 目标数组中的起始位置<br> // size - index --- 要复制的数组元素的数量
elementdata[index] = element; //将要添加的元素放到指定的数组下标处
size++;
}
public void ensurecapacity(int mincapacity) {
modcount++;
int oldcapacity = elementdata.length; //原数组的容量
if (mincapacity > oldcapacity) {
object olddata[] = elementdata;
int newcapacity = (oldcapacity * 3)/2 + 1; //定义新数组的容量，为原数组容量的1.5倍+1
if (newcapacity < mincapacity)
newcapacity = mincapacity;
// mincapacity is usually close to size, so this is a win:
elementdata = arrays.copyof(elementdata, newcapacity); //复制指定的数组，返回新数组的容量为newcapacity
}
}
如果集合中添加的元素超过了10个，那么arraylist底层会新生成一个数组，长度为原数组的1.5倍+1，并将原数组中的元素copy到新数组中，并且后续添加的元素都会放在新数组中，当新数组的长度无法容纳新添加的元素时，重复该过程。这就是集合添加元素的实现原理。
3、get方法：
1) get(int index)，返回此列表中指定位置上的元素。
public e get(int index) {
rangecheck(index); //检查传入的指定下标是否合法
return (e) elementdata[index]; //返回数组下标为index的数组元素
}
private void rangecheck(int index) {
if (index >= size) //如果传入的下标大于或等于集合的容量，抛异常
throw new indexoutofboundsexception(
"index: "+index+", size: "+size);
}
4、remove方法：
1) e remove(int index)，移除此列表中指定位置上的元素。向左移动所有后续元素（将其索引减 1）。
2) boolean remove(object o)，移除此列表中首次出现的指定元素（如果存在）。如果列表不包含此元素，则列表不做改动，返回boolean值。
public e remove(int index) {
rangecheck(index); //检查指定的下标是否合法
modcount++;
e oldvalue = (e) elementdata[index]; //获取指定下标的数组元素
int nummoved = size - index - 1; //要移动的元素个数
if (nummoved > 0)
system.arraycopy(elementdata, index+1, elementdata, index, nummoved); //移动数组元素
elementdata[--size] = null; // let gc do its work
return oldvalue;
}
public boolean remove(object o) {
if (o == null) { //如果传入的参数为null
for (int index = 0; index < size; index++)
if (elementdata[index] == null) { //移除首次出现的null
fastremove(index);
return true;
}
} else {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (o.equals(elementdata[index])) {
fastremove(index);
return true;
}
}
return false;
}
private void fastremove(int index) { //移除指定位置的元素,实现方法类似remove(int i)
modcount++;
int nummoved = size - index - 1;
if (nummoved > 0)
system.arraycopy(elementdata, index+1, elementdata, index,
nummoved);
elementdata[--size] = null; // let gc do its work
}
5、clone方法：
1) object clone()，返回此arraylist实例的浅表副本（不复制这些元素本身） 。
public object clone() {
try {
arraylist<e> v = (arraylist<e>) super.clone(); //调用object类的clone方法返回一个arraylist对象
v.elementdata = arrays.copyof(elementdata, size); //复制目标数组
v.modcount = 0;
return v;
} catch (clonenotsupportedexception e) {
// this shouldn't happen, since we are cloneable
throw new internalerror();
}
}
以上通过对arraylist部分关键源码的分析，知道了arraylist底层的实现原理，关于arraylist源码有以下几点几点总结：
1) arraylist 底层是基于数组来实现的，可以通过下标准确的找到目标元素，因此查找的效率高；但是添加或删除元素会涉及到大量元素的位置移动，效率低。
2) arraylist提供了三种不同的构造方法，无参数的构造方法默认在底层生成一个长度为10的object类型的数组，当集合中添加的元素个数大于10，数组会自动进行扩容，即生成一个新的数组，并将原数组的元素放到新数组中。
3) ensurecapacity方法对数组进行扩容，它会生成一个新数组，长度是原数组的1.5倍+1，随着向arraylist中不断添加元素，当数组长度无法满足需要时，重复该过程。
以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持。