Java集合框架之一：ArrayList源码分析

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

源码如下：

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）。

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。
                                                                                    // elementData --- 源数组   index --- 源数组中的起始位置   
                                                                                    // elementData --- 目标数组  index+1 ---  目标数组中的起始位置
                                                                                    // 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 {       ArrayListv = (ArrayList) 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。