ArrayList源码分析（基于Java1.8）

ArrayList 基于数组实现，也就是类对变量 Object[]系列操作，封装为常用的add，remove，indexOf, contains本质是通过 size 计数器对数组进行系列的操作实现

add 方法和 toArray 也是借助 Arrays 工具类完成

还有很有意思的地方就是add的扩容方法 ensureCapacityInternal() 就会增加50%容量，

因为底层数组是不可变的，所以add实际上是通过Arrays工具再拷贝扩容后长度的数组，然后覆盖当前数组

预设集合长度是最优的操作，今天看源码才明白原理，ArrayList默认构造器为内部数组定义的长度为10，当list超出指定集合的时候，ArrayList会操作自动扩容，

扩容的方法是使用Arrays.copyOf方法重新构造新的数组，然后将旧数组的数据全部拷贝到新的数组里面，重新生成，再拷贝数组，消耗是巨大的，这也导致了 ArrayList 天生的缺点，插入删除元素慢

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {

private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;

private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access

private int size;

源码中可以看到，ArrayList继承抽象类AbstractList，实现List接口，RandomAccess, Cloneable, Serializable等接口主要用于标识，并没有很大作用

DEFAULT_CAPACITY = 10 是集合的默认初始化长度，我们常用new ArrayList<>()构造，其实就是创建一个长度为10的Object[]数组

size 为计数器，记录当前数组的长度

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);
}
}

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

构造器的代码中，看下最常用的两个构造器，带参数initialCapacity的构造器，直接就让变量创建对应长度的数组，如果initialCapacity == 0 就直接赋值为空数组 Object[] elementData = {};

下面无参构造器，就直接初始化容量为10的空列表

private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
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);
}

上面的自动扩展数组容量的方法，每次添加元素都会调用该方法，确保集合的长度足够用，上面代码中最有趣的是2行

newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1)， 既每次扩大容量为当前容量的50%，这里的扩容是固定的，和HashMap有负载因子不同

然后调用 Arrays.copyOf() 将旧数组内容和新长度作为参数，创建新的Object[]数组，并且将原数组的元素，拷贝到新的数组里面

因为数组长度是不可变的，所以这里的做法是，创建新的数组，再拷贝元素，这里也是ArrayList性能最低的地方

public int size() {
return size;
}

public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}

public boolean contains(Object o) {
return indexOf(o) >= 0;
}

public int indexOf(Object o) {
if (o == null) {
for (int i = 0; i < size; i++)
if (elementData[i]==null)
return i;
} else {
for (int i = 0; i < size; i++)
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
return -1;
}

public Object[] toArray() {
return Arrays.copyOf(elementData, size);
}

E elementData(int index) {
return (E) elementData[index];
}

常用的size，isEmpty，contains，indexOf 也只是对Object[] 进行系列的循环判断操作

public E get(int index) {
rangeCheck(index);
return elementData(index);
}

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

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;
}

get方法，也是指通过下标，从Object[]数组中获取对象，然后转型 Object -> E

add末尾添加元素方法步骤，先判断容量是否够用，然后在数组末尾elementData[size++] == e，加入新的元素，size为数组长度

remove 方法，也是通过循环equals匹配，找到下标，然后通过下标删除，—size，减去计数器长度，并没有实际减少数组长度

clear方法也相同，把数组的值都设为null，然后 size = 0;

 

总结：

通过以上对ArrayList关键部分源码分析，通晓ArrayList原理，我们可以得出结论：
ArrayList 底层来自数组，通过下标随机访问元素速度非常快，但是插入和删除要频繁的移动数组元素，改变数组长度，效率比较低
ArrayList 主要性能问题在于当数组元素达到容量上限，扩容的成本很大，所以能够预先知道元素，然后使用 new ArrayList(int initialCapacity) 手动设置容量是最好的