怎么深入理解ArrayList源碼
本篇內容介紹了“怎么深入理解ArrayList源碼”的有關知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領大家學習一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細閱讀，能夠學有所成！
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ArrayList是最常見的集合類，顧名思義，ArrayList就是一個以數組形式實現的集合。它擁有List集合的特點：
存取有序
帶索引
允許重復元素
它本身的特點是：
查找元素快
順序插入快
那ArrayList為什么會有這些特性的？其實從源碼中我們就能夠了解到它是如何實現的。
Resizable-array implementation of the {@code List} interface. Implements all optional list operations, and permits all elements, including {@code null}. In addition to implementing the {@code List} interface,this class provides methods to manipulate the size of the array that is used internally to store the list.
實現了List接口的，一個可調整大小的數組。可以存儲所有的元素，包括null，除了實現了List接口的方法外，還提供了一些方法用于操作內部用于存儲元素的數組的大小。
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
RandomAccess標記接口 表示ArrayList支持隨機訪問。什么是隨機訪問呢？隨機訪問是說你可以隨意訪問該數據結構中的任意一個節點，假設該數據結構有10000個節點，你可以隨意訪問第1個到第10000個節點。因為ArrayList用數組來存數據，Java中給數組劃分內存來存儲元素時，劃分的是一塊連續的內存地址，這些相鄰元素是按順序連續存儲的。只要知道起始元素的地址First，直接first+N，便可以得到第N個元素的地址。這就是ArrayList查找快的原因。
Cloneable標記接口 表示ArrayList是可以被克隆的。
java.io.Serializable標記接口 表示ArrayList是可以被序列化的。
主要成員變量：
@java.io.Serial private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
用于標明序列化時的版本號。
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
默認初始化大小。
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
默認空數組大小。
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
默認初始化空數組大小。
看到這可能有人會有疑問，同樣是空數組，為什么要有兩個引用變量來表示呢？且看后面的擴容機制說明。
transient Object[] elementData;
這就是ArrayList所維護的用于存儲數據的數組了，transient標明這個存儲數據的數組不會被序列化，而ArrayList卻又打上了標記接口java.io.Serializable說明是可序列化的，這不是自相矛盾了嗎？暫且按下不表，看看ArrayList的內部機制再回頭說明。
private int size;
ArrayList的大小（其實也就是其中包含的元素個數）。
構造方法：
//傳入了初始值的
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);
}
}
//沒有傳入初始值的
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
//傳入一個Collection集合的
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
elementData = c.toArray();
if ((size = elementData.length) != 0) {
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
// replace with empty array.
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}可以看到，如果傳入了初始值initialCapacity，就會按照這個值來初始化數組的大小。如果傳入0，則數組等于EMPTY_ELEMENTDATA，如果用了空參構造，則數組等于DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA。
擴容機制：
我們知道，Java中數組一旦定義則長度是不允許改變的，那么ArrayList如何實現_Resizable-array implementation（可調整大小的數組實現）？_
答案就在擴容機制上：
//傳入最小所需要的容量
private Object[] grow(int minCapacity) {
//當前容量大小
int oldCapacity = elementData.length;
//若當前容量大小大于0且數組創建是不是通過空參構造創建的
if (oldCapacity > 0 || elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
//定義新的最小所需容量
int newCapacity = ArraysSupport.newLength(oldCapacity,
minCapacity - oldCapacity, /* minimum growth */
//右移一位，類似于除以2
oldCapacity >> 1 /* preferred growth */);
return elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
} else {
return elementData = new Object[Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity)];
}
}
//傳入當前容量，最小需要增加的容量，首選增長的容量
public static int newLength(int oldLength, int minGrowth, int prefGrowth) {
// assert oldLength >= 0
// assert minGrowth > 0
//將最小所需要增加的容量與首選增長的容量比較，取較大的與當前容量相加
int newLength = Math.max(minGrowth, prefGrowth) + oldLength;
if (newLength - MAX_ARRAY_LENGTH <= 0) {
return newLength;
}
return hugeLength(oldLength, minGrowth);
}我們每次添加元素的時候，都會去確認一下當前ArrayList所維護的數組存儲的元素是否已經達到上限(元素個數等于數組長度)？如果是的話，就會觸發擴容機制grow()去創建一個新的更大的數組來轉移數據。
可以看到，若是我們通過傳入參數0來構造ArrayList，grow()就會判斷出來這個是一個長度為0的自定義空數組，那么就會按照最小的所需要的容量擴容。
如果沒有傳入參數，就用默認初始容量10，來創建初始的數組。
而且我們可以看到，擴容的時候會判斷所需要的最小容量是不是比當前數組的1.5倍還大？不是就按照當前數組長度的1.5倍來擴容，否則就按傳進來的最小所需容量來擴容。
為什么是1.5倍呢？
1.如果一次性擴容擴得太大，必然造成內存空間的浪費。
2.如果一次性擴容擴得不夠，那么下一次擴容的操作必然比較快地會到來，這會降低程序運行效率，要知道擴容還是比較耗費性能的一個操作，因為會新建數組移動數據。
所以擴容擴多少，是JDK開發人員在時間、空間上做的一個權衡，提供出來的一個比較合理的數值。
添加元素：
//添加單個元素，默認添加到集合尾
public boolean add(E e) {
modCount++;
add(e, elementData, size);
return true;
}
//實際調用的方法
private void add(E e, Object[] elementData, int s) {
if (s == elementData.length)
elementData = grow();
elementData[s] = e;
size = s + 1;
}
//添加另一個集合，默認添加到集合尾
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
Object[] a = c.toArray();
modCount++;
int numNew = a.length;
if (numNew == 0)
return false;
Object[] elementData;
final int s;
if (numNew > (elementData = this.elementData).length - (s = size))
elementData = grow(s + numNew);
//5個參數的意思分別是：源數組，源數組開始復制的位置，目標數組，目標數組開始接收的位置，接收的長度
System.arraycopy(a, 0, elementData, s, numNew);
size = s + numNew;
return true;
}基本上很淺顯易懂，只要容量夠就能直接添加，否則得擴容。
其中modCount是用于快速失敗的一種機制，因為基本集合在多線程環境下是不安全的，這個以后再討論。
刪除元素：
//按元素刪除
public boolean remove(Object o) {
final Object[] es = elementData;
final int size = this.size;
int i = 0;
//標簽舊方法，用于跳出多個循環
found: {
if (o == null) {
for (; i < size; i++)
if (es[i] == null)
break found;
} else {
for (; i < size; i++)
if (o.equals(es[i]))
break found;
}
return false;
}
fastRemove(es, i);
return true;
}
//按索引刪除
public E remove(int index) {
Objects.checkIndex(index, size);
final Object[] es = elementData;
@SuppressWarnings("unchecked") E oldValue = (E) es[index];
fastRemove(es, index);
return oldValue;
}
//實際執行方法
private void fastRemove(Object[] es, int i) {
modCount++;
final int newSize;
if ((newSize = size - 1) > i)
System.arraycopy(es, i + 1, es, i, newSize - i);
es[size = newSize] = null;
}分兩種情況，一種是按照傳入的元素去刪除，這樣得從數組開頭遍歷過去并且逐一調用equals方法比較，只要找到第一個符合的就將其刪除。
第二種是按照傳入的索引去刪除，這個可以直接定位。另外需要注意的一點是當ArrayList里存儲的是Integer包裝類的時候，依然是選擇索引刪除。
刪除的意思是將數組此位置的元素的引用設置為null，如果沒有另外的引用指向此元素，那么此元素就會被標記為垃圾被回收。
如果刪除的元素在最后就不用移動元素了，如果不在就需要移動元素。
插入元素：
public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index);
modCount++;
final int s;
Object[] elementData;
if ((s = size) == (elementData = this.elementData).length)
elementData = grow();
System.arraycopy(elementData, index,
elementData, index + 1,
s - index);
elementData[index] = element;
size = s + 1;
}先判斷容量是否足夠，再去將此位置以及后面的元素全部向后移動一位，最后將傳入的元素插入此位置。
最后說明：
了解了ArrayList的各種機制，我們就能知道為什么存儲元素的elementData用transient修飾了
//序列化
@java.io.Serial
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
throws java.io.IOException {
// Write out element count, and any hidden stuff
int expectedModCount = modCount;
s.defaultWriteObject();
// Write out size as capacity for behavioral compatibility with clone()
s.writeInt(size);
// 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();
}
}
//反序列化
@java.io.Serial
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
// Read in size, and any hidden stuff
s.defaultReadObject();
// Read in capacity
s.readInt(); // ignored
if (size > 0) {
// like clone(), allocate array based upon size not capacity
SharedSecrets.getJavaObjectInputStreamAccess().checkArray(s, Object[].class, size);
Object[] elements = new Object[size];
// Read in all elements in the proper order.
for (int i = 0; i < size; i++) {
elements[i] = s.readObject();
}
elementData = elements;
} else if (size == 0) {
elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new java.io.InvalidObjectException("Invalid size: " + size);
}
}其實主要是看里邊的兩個循環的方法，涉及到的是size。我們已經了解了存放元素的數組會動態的改變，因此里邊未必就存滿了元素。真正有多少個元素是size負責的。所以我們序列化的時候僅僅去遍歷size個對象就能完成序列化了。這樣就能避免序列化太多不需要的東西，加快序列化速度以及減小文件大小。
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本文標題：怎么深入理解ArrayList源碼
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