一、ArrayList简介

ArrayList 的底层是数组队列，相当于动态数组。与 Java 中的数组相比，它的容量能动态增长。在添加大量元素前，应用程序可以使用ensureCapacity操作来增加 ArrayList 实例的容量。这可以减少递增式再分配的数量。

它继承于 AbstractList，实现了 List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable 这些接口。

在我们学数据结构的时候就知道了线性表的顺序存储，插入删除元素的时间复杂度为O（n）,求表长以及增加元素，取第 i 元素的时间复杂度为O（1）

ArrayList 继承了AbstractList，实现了List。它是一个数组队列，提供了相关的添加、删除、修改、遍历等功能。

ArrayList 实现了RandomAccess 接口， RandomAccess 是一个标志接口，表明实现这个这个接口的 List 集合是支持快速随机访问的。在 ArrayList 中，我们即可以通过元素的序号快速获取元素对象，这就是快速随机访问。

ArrayList 实现了Cloneable 接口，即覆盖了函数 clone()，能被克隆。

ArrayList 实现java.io.Serializable 接口，这意味着ArrayList支持序列化，能通过序列化去传输。

和 Vector 不同，ArrayList 中的操作不是线程安全的！所以，建议在单线程中才使用 ArrayList，而在多线程中可以选择 Vector 或者 CopyOnWriteArrayList。

二、源码分析

一、属性：

1. 默认初始容量大小

private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

1. 空数组（用于空实例）。

private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

1. 用于默认大小空实例的共享空数组实例。我们把它从

   EMPTY_ELEMENTDATA

   数组中区分出来，以知道在添加第一个元素时容量需要增加多少。

private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

1. elementData

   数组用来存储ArrayList中的元素，从这个可以看出，ArrayList是底层是借组于数组来实现的。

transient Object[] elementData;

1. size

   用来记录ArrayList中存储的元素的个数。

private int size;

二、构造方法：

1. 带初始容量参数的构造函数。（用户自己指定容量）

public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
//创建initialCapacity大小的数组
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
//创建空数组
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}

1. 默认构造函数，DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 为0.初始化为10，也就是说初始其实是空数组 当添加第一个元素的时候数组容量才变成10

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

1. 构造一个包含指定集合的元素的列表，按照它们由集合的迭代器返回的顺序。

public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
elementData = c.toArray();
if ((size = elementData.length) != 0) {
// c.toArray 可能返回的不是Object类型的数组所以加上下面的语句用于判断，
//这里用到了反射里面的getClass()方法
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
// replace with empty array.
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}

上面将容器Collection转化为数组赋给数组elementData，还对Collection转化是否转化为了Object[]进行了检查判断。如果Collection为空，则就将空的常量数组对象EMPTY_ELEMENTDATA赋给了elementData；

三、add方法：

1. add(E e)

   :将元素加入到List的末尾。

public boolean add(E e) {
modCount++;
add(e, elementData, size);
return true;
}

上面代码调用了另一个

add

方法

private void add(E e, Object[] elementData, int s) {
//s为size，当size等于数组长度时，数组扩容
if (s == elementData.length)
elementData = grow();
elementData[s] = e;
size = s + 1;
}

1. add(int index, E element)

   :将

   element

   插入

   index

   位置

public void add(int index, E element) {
//对index进行界限检查
rangeCheckForAdd(index);
modCount++;
final int s;
Object[] elementData;
//当size等于数组长度时，数组扩容
if ((s = size) == (elementData = this.elementData).length)
elementData = grow();
//arraycopy()这个实现数组之间复制的方法一定要看一下，下面就用到了arraycopy()方法实现数组自己复制自己
System.arraycopy(elementData, index,
elementData, index + 1,
s - index);
elementData[index] = element;
size = s + 1;
}

1. addAll(Collection<? extends E> c)

   :按指定集合的Iterator返回的顺序将指定集合中的所有元素追加到此列表的末尾。

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);
System.arraycopy(a, 0, elementData, s, numNew);
size = s + numNew;
return true;
}

四、扩容核心方法：

ArrayList的扩容机制提高了性能，如果每次只扩充一个，那么频繁的插入会导致频繁的拷贝，降低性能，而ArrayList的扩容机制避免了这种情况。

1. 要分配的最大数组大小

private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

1. 最少扩容为

   size+1

private Object[] grow() {
return grow(size + 1);
}

1. 把数组复制到扩容后的数组

private Object[] grow(int minCapacity) {
return elementData = Arrays.copyOf(elementData,
newCapacity(minCapacity));
}

1. 扩容核心

private int newCapacity(int minCapacity) {
// oldCapacity为旧容量，newCapacity为新容量
int oldCapacity = elementData.length;
//将oldCapacity 右移一位，其效果相当于oldCapacity /2，
//我们知道位运算的速度远远快于整除运算，整句运算式的结果就是将新容量更新为旧容量的1.5倍，
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
//然后检查新容量是否大于最小需要容量，若还是小于最小需要容量，那么就把最小需要容量当作数组的新容量，
if (newCapacity - minCapacity <= 0) {
//数组是DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA时，那第一次增加元素时扩容为10
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
if (minCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
return minCapacity;
}
//再检查新容量是否超出了ArrayList所定义的最大容量，
//若超出了，则调用hugeCapacity()来比较minCapacity和 MAX_ARRAY_SIZE，
//如果minCapacity大于MAX_ARRAY_SIZE，则新容量则为Interger.MAX_VALUE，否则，新容量大小则为 MAX_ARRAY_SIZE。
return (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE <= 0)
? newCapacity
: hugeCapacity(minCapacity);
}

//比较minCapacity和 MAX_ARRAY_SIZE
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE)
? Integer.MAX_VALUE
: MAX_ARRAY_SIZE;
}

四、remove方法

1.

remove(int index)

:删除index的元素

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;
}

上面的代码用到了

fastRemove

，将值

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;// clear to let GC do its work
}

1. remove(Object o)

   :移除指定元素

public boolean remove(Object o) {
final Object[] es = elementData;
final int size = this.size;
int i = 0;
found: {
//如果为null，遍历与null比较
if (o == null) {
for (; i < size; i++)
if (es[i] == null)
break found;
} else {
//如果不为空，遍历与o比较
for (; i < size; i++)
if (o.equals(es[i]))
break found;
}
return false;
}
fastRemove(es, i);
return true;
}

1. removeAll(Collection<?> c)

   :从此列表中删除指定集合中包含的所有元素。

public boolean removeAll(Collection<?> c) {
return batchRemove(c, false, 0, size);
}

五、get方法

get(int index)

:获得index出的值

public E get(int index) {
//边界检查
Objects.checkIndex(index, size);
return elementData(index);
}

六、set方法

set(int index, E element)

:将

element

复制给

index

处

public E set(int index, E element) {
Objects.checkIndex(index, size);
E oldValue = elementData(index);
elementData[index] = element;
return oldValue;
}

七、clear方法

clear()

:清除ArrayList中所有的元素。直接将数组中的所有元素设置为null即可，这样便于垃圾回收。

public void clear() {
modCount++;
final Object[] es = elementData;
for (int to = size, i = size = 0; i < to; i++)
es[i] = null;
}

三、几个问题

一、System.arraycopy()和Arrays.copyOf()方法

联系： 看两者源代码可以发现copyOf()内部调用了System.arraycopy()方法

区别：

1. arraycopy()需要目标数组，将原数组拷贝到你自己定义的数组里，而且可以选择拷贝的起点和长度以及放入新数组中的位置

2. copyOf()是系统自动在内部新建一个数组，并返回该数组。

二、ArrayList的交集，差集，并集，去重并集

1. 交集：

   list2.retainAll(list1)

   ，此时

   list2

   中只包含之前

   list1

   与

   list2

   共有的元素(交集)，如果

   lis2

   中的元素有被修改过，会返回

   true

   ，否则返回

   false

2. 差集：

   list2.removeAll(list1);

   ，此时

   list2

   中只包含之前属于

   list2

   而不属于

   list1

   的元素，如果

   lis2

   中的元素有被修改过，会返回

   true

   ，否则返回

   false

3. 并集：

   list2.addAll(list1);

   ，此时

   list2

   中包含之前

   list1

   与

   list2

   中的元素，如果

   lis2

   中的元素有被修改过，会返回

   true

   ，否则返回

   false