ArrayList 概述

• ArrayList 是一种变长的集合类，底层是基于数组来实现的，所以 ArrayList 查询效率高、增删效率低
• ArrayList 集合中的元素是有序、可重复的，且可以存储 null 空值
• 当每次向 ArrayList 容器中添加元素时，会进行容量检查：当往 ArrayList 中添加的元素数量大于其底层数组容量时，会通过扩容机制重新生成一个更大容量的数组，然后把旧数组上面的数据复制进新数组
• ArrayList 是线程不安全的。在并发环境下，多个线程同时操作 ArrayList，会引发不可预知的错误。所以在多线程环境下可以使用 concurrent 并发包下的 CopyOnWriteArrayList 类来替代 ArrayList 类，或者使用 Collections.synchronizedList(List l) 返回一个线程安全的 ArrayList 类

属性

// 容器中真正存放元素的地方，使用 transient 是为了不序列化这个字段。elementData 数组的长度指的是容器的容量
transient Object[] elementData;

// 容器中真正存储的元素个数
private int size;

// 定义默认空容量的数组：当使用 new ArrayList() 创建容器时，会将这个空数组直接赋值给 elementData
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

// 默认的容量大小：使用 new ArrayList() 创建容器后，并往容器中添加第一个元素时才会使用这个默认容量进行初始化
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

// 定义空容量的数组：当使用 new ArrayList(0) 创建容器时，会使用这个空数组
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

构造方法

ArrayList()

// 无参的构造方法
public ArrayList() {
  // 当直接创建ArrayList时，elementData被赋予了默认空容量的数组，此时ArrayList容器的容量是0
  this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

ArrayList(int)

// 传容量的构造方法：根据传入的数值大小，创建指定长度的数组
public ArrayList(int initialCapacity) {
  if (initialCapacity > 0) {
    this.elementData = new Object[initialCapacity];
  } else if (initialCapacity == 0) {
    this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
  } else {
    throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: " + initialCapacity);
  }
}

• 当 initialCapacity > 0 时，会在堆上 new 一个大小为 initialCapacity 的数组，然后将其引用赋给 elementData，此时 ArrayList 的容量为 initialCapacity，元素个数 size 为默认值 0
• 当 initialCapacity = 0 时，elementData 被赋予了默认空数组，因为其被 final 修饰了，所以此时 ArrayList 的容量为 0，元素个数 size 为默认值 0
• 当 initialCapacity < 0 时，会抛出异常

ArrayList(Collection)

// 传入Collection元素列表的构造方法
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
  Object[] a = c.toArray();
  if ((size = a.length) != 0) {
    if (c.getClass() == ArrayList.class) {
      elementData = a;
    } else {
      elementData = Arrays.copyOf(a, size, Object[].class);
    }
  } else {
    // replace with empty array.
    elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
  }
}

将参数集合转化为一个 Object 类型的数组：

• 如果参数集合转换为数组后的数组长度为 0，会初始化 elementData 为空数组，此时 ArrayList 的容量是 0，元素个数 size 为 0
• 如果参数集合转换为数组后的数组长度不等于 0
  • 如果参数集合的类型是 ArrayList，则直接将参数赋值给 elementData
  • 否则，将参数数组的数组类型转换为 Object 对象数组的数组类型，并赋值给 elementData

添加元素

当我们探讨扩容时，肯定要从ArrayList的add方法走起

add(E)

// 在容器尾部插入指定元素
public boolean add(E e) {
  // 添加元素之前，首先需要确定集合的容量（检测集合是否需要扩容）
  ensureCapacityInternal(size + 1);
  // 将指定元素插入容器尾部
  elementData[size++] = e;
  return true;
}

// 确保容器内部的容量：即容器扩容的入口方法
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { // minCapacity是集合当前大小+1
  ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}

// 计算并得到容器的最小容量
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
  // 如果elementData是空数组DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA，则从size+1的值和默认值10中取最大值
  if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
    return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
  }
  // 如果elementData不为空数组DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA，则返回size+1
  return minCapacity;
}

// 确保elementData数组的容量足够存放新加入的元素，若不够，要扩容
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
  // moCount是记录ArrayList被修改次数的，该变量主要是用来实现fail-fast机制
  modCount++;
  // 如果添加元素后的集合最小容量大于当前ArrayList内部数组的长度，就需要对内部数组elementData扩容
  if (minCapacity - e