從面試角度分析ArrayList源碼

ArrayList類圖如下：

ArrayList的底層是由數(shù)組實(shí)現(xiàn)的，數(shù)組的特點(diǎn)是固定大小，而ArrayList實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)擴(kuò)容。

ArrayList部分變量如下，在下面的分析中會(huì)用到這些變量。

/**
?*?默認(rèn)容量
?*/
private?static?final?int?DEFAULT_CAPACITY?=?10;
/**
?*?空的對象數(shù)組
?*/
private?static?final?Object[]?EMPTY_ELEMENTDATA?=?{};
/**
?*?無參構(gòu)造器創(chuàng)建的空數(shù)組
?*/
private?static?final?Object[]?DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA?=?{};
/**
?*?存放數(shù)據(jù)的數(shù)組的緩存變量
?*/
transient?Object[]?elementData;
/**
?*?元素?cái)?shù)量
?*/
private?int?size;

一 初始化ArrayList

初始化ArrayList一般會(huì)使用以下兩個(gè)構(gòu)造器

1.1 無參構(gòu)造器

初始化ArrayList的時(shí)候如果不指定大小，則會(huì)創(chuàng)建一個(gè)空數(shù)組。

public?ArrayList()?{
????this.elementData?=?DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

1.2 指定數(shù)組大小的構(gòu)造器

創(chuàng)建一個(gè)預(yù)估大小的數(shù)組，指定大小后只是指定了數(shù)組初始值的大小，不影響后面擴(kuò)容，指定的好處就是可以節(jié)省內(nèi)存及時(shí)間上的開銷。

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);
????}
}

二 添加元素、動(dòng)態(tài)擴(kuò)容

ArrayList.add(E e)源碼：

public?boolean?add(E?e)?{
????ensureCapacityInternal(size?+?1);??//?Increments?modCount!!
????elementData[size++]?=?e;
????return?true;
}

add()中elementData[size++] = e很好理解，就是將元素插入第size個(gè)位置，然后將size++，我們重點(diǎn)來看看ensureCapacityInternal(size + 1)方法；

private?void?ensureCapacityInternal(int?minCapacity)?{
????if?(elementData?==?DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)?{
????????minCapacity?=?Math.max(DEFAULT_CAPACITY,?minCapacity);
????}
????ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}

ensureCapacityInternal()方法中判斷緩存變量elementData是否為空，也就是判斷是否是第一次添加元素，如果是第一次添加元素，則設(shè)置初始化大小為默認(rèn)容量10，否則為傳入的參數(shù)。這個(gè)方法的目的就是獲取初始化數(shù)組容量。獲取到初始化容量后調(diào)用ensureExplicitCapacity(minCapacity)方法；

private?void?ensureExplicitCapacity(int?minCapacity)?{
????modCount++;

????//?overflow-conscious?code
????if?(minCapacity?-?elementData.length?>?0)
????????grow(minCapacity);
}

ensureExplicitCapacity(minCapacity)方法用來判斷是否需要擴(kuò)容，假如第一次添加元素，minCapacity為10，elementData容量為0，那么就需要去擴(kuò)容。調(diào)用grow(minCapacity)方法。

//?數(shù)組的最大容量
private?static?final?int?MAX_ARRAY_SIZE?=?Integer.MAX_VALUE?-?8;

private?void?grow(int?minCapacity)?{
????//?overflow-conscious?code
????int?oldCapacity?=?elementData.length;
????//?擴(kuò)容大小為原來數(shù)組長度的1.5倍
????int?newCapacity?=?oldCapacity?+?(oldCapacity?>>?1);
????//?擴(kuò)容容量比需要擴(kuò)容的長度小，則使用需要擴(kuò)容的容量
????if?(newCapacity?-?minCapacity?0)
????????newCapacity?=?minCapacity;
????//?擴(kuò)容容量比最大數(shù)組長度大，則使用最大整數(shù)長度
????if?(newCapacity?-?MAX_ARRAY_SIZE?>?0)
????????newCapacity?=?hugeCapacity(minCapacity);
????//?minCapacity?is?usually?close?to?size,?so?this?is?a?win:
????elementData?=?Arrays.copyOf(elementData,?newCapacity);
}

grow(minCapacity)方法對數(shù)組進(jìn)行擴(kuò)容，擴(kuò)容大小為原數(shù)組的1.5倍，如果計(jì)算出的擴(kuò)容容量比需要的容量小，則擴(kuò)容大小為需要的容量，如果擴(kuò)容容量比數(shù)組最大容量大，則調(diào)用hugeCapacity(minCapacity)方法，將數(shù)組擴(kuò)容為整數(shù)的最大長度，然后將elemetData數(shù)組指向新擴(kuò)容的內(nèi)存空間并將元素復(fù)制到新空間。

當(dāng)需要的集合容量特別大時(shí)，擴(kuò)容1.5倍就會(huì)非常消耗空間，因此建議初始化時(shí)預(yù)估一個(gè)容量大小。

三 刪除元素

ArrayList提供兩種刪除元素的方法，可以通過索引和元素進(jìn)行刪除。兩種刪除大同小異，刪除元素后，將后面的元素一次向前移動(dòng)。

ArrayList.remove(int index)源碼：

public?E?remove(int?index)?{
????rangeCheck(index);

????modCount++;
????E?oldValue?=?elementData(index);

????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

????return?oldValue;
}

刪除元素時(shí)，首先會(huì)判斷索引是否大于ArrayList的大小，如果索引范圍正確，則將索引位置的下一個(gè)元素賦值到索引位置，將ArrayList的大小-1，最后返回移除的元素。操作圖如下，假如我要移除索引為1的元素：

四 總結(jié)

ArrayList底層是數(shù)組實(shí)現(xiàn)的，可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)擴(kuò)容，擴(kuò)容大小為原來的1.5倍，雖然可以通過動(dòng)態(tài)擴(kuò)容，但是數(shù)組非常大時(shí)會(huì)特別浪費(fèi)空間，因此建議初始化時(shí)預(yù)估數(shù)組大小。ArrayList允許插入重復(fù)值和空值。ArrayList實(shí)現(xiàn)了RandomAccess接口，支持快速隨機(jī)訪問，就是可以通過索引快速查到某個(gè)元素，因此遍歷時(shí)使用for循環(huán)的方式效率更高。ArrayList是線程不安全的，可以通過Collections.synchronizedList將其轉(zhuǎn)變?yōu)榫€程安全的集合，不過一般不會(huì)使用，Vector和CopyOnWriteArrayList是線程安全的，Vector性能一般，逐漸被CopyOnWriteArrayList取代了。