本文主要是介绍深读源码-java集合之ArrayList源码分析，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
简介
ArrayList是一种以数组实现的List，与数组相比，它具有动态扩展的能力，因此也可称之为动态数组。
继承体系
ArrayList实现了List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable等接口。
ArrayList实现了List，提供了基础的添加、删除、遍历等操作。
ArrayList实现了RandomAccess，提供了随机访问的能力。
ArrayList实现了Cloneable，可以被克隆。
ArrayList实现了Serializable，可以被序列化。
ArrayList结构概览
ArrayList的继承关系
其中值得一提的是RandomAccess接口，该接口的目的是这么说的：
List实现所使用的标记接口，用来表明其支持快速（通常是固定时间）随机访问。此接口的主要目的是允许一般的算法更改其行为，从而在将其应用到随机或连续访问列表时能提供良好的性能。
对于顺序访问的list，比如LinkedList，使用Iterator访问会比使用for-i来遍历list更快。这一点其实很好理解，当对于LinkedList使用get(i)的时候，由于是链表结构，所以每次都会从表头开始向下搜索，耗时肯定会多。
对于实现RandomAccess这个接口的类，如ArrayList，我们在遍历的时候，使用for(int i = 0; i < size; i++) 来遍历，其速度比使用Iterator快（接口上是这么写的）。但是笔者看源码的时候，Iterator里使用的也是i++，这种遍历，无非是增加了fail-fast判断，估计就是这个导致了性能的差距，但是没有LinkedList这么大。笔者循环了 1000 * 1000 次，贴出比较结果，仅供参考，有兴趣的朋友们可以试一试，循环次数越多越明显：
----------now is arraylist----------
使用Iterator迭代一共花了19ms时间
使用for-i迭代一共花了9ms时间
----------now is linkedList----------
使用Iterator迭代一共花了17ms时间
使用for-i迭代一共花了434ms时间
而其继承的AbstractList主要给ArrayList提供了诸如add，get，set，remove的集合方法。
源码解析
属性
/*** 默认容量*/
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;/*** 空数组，如果传入的容量为0时使用*/
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};/*** 空数组，传入容量时使用，添加第一个元素的时候会重新初始为默认容量大小*/
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};/*** 存储元素的数组*/
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access/*** 集合中元素的个数*/
private int size;
（1）DEFAULT_CAPACITY
默认容量为10，也就是通过new ArrayList()创建时的默认容量。
（2）EMPTY_ELEMENTDATA
空的数组，这种是通过new ArrayList(0)创建时用的是这个空数组。
（3）DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
也是空数组，通过new ArrayList()无参构造创建时用的是这个空数组，与EMPTY_ELEMENTDATA的区别是在添加第一个元素时，这个空数组的会初始化为DEFAULT_CAPACITY（10）个元素。
（4）elementData
真正存放元素的地方，使用transient是为了不序列化这个字段。
至于没有使用private修饰，后面注释是写的“为了简化嵌套类的访问”，但是作者实测，加了private嵌套类一样可以访问。
private表示是类私有的属性，只要是在这个类内部都可以访问，嵌套类或者内部类也是在类的内部，所以也可以访问类的私有成员。
（5）size
真正存储元素的个数，而不是elementData数组的长度。
ArrayList(int initialCapacity)构造方法
传入初始容量，如果大于0就初始化elementData为对应大小，如果等于0就使用EMPTY_ELEMENTDATA空数组，如果小于0抛出异常。
public ArrayList(int initialCapacity) {if (initialCapacity > 0) {// 如果传入的初始容量大于0，就新建一个数组存储元素this.elementData = new Object[initialCapacity];} else if (initialCapacity == 0) {// 如果传入的初始容量等于0，使用空数组EMPTY_ELEMENTDATAthis.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;} else {// 如果传入的初始容量小于0，抛出异常throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: " + initialCapacity);}
}
ArrayList()构造方法
不传初始容量，初始化为DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA空数组，会在添加第一个元素的时候扩容为默认的大小，即10。
public ArrayList() {// 如果没有传入初始容量，则使用空数组DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA// 使用这个数组是在添加第一个元素的时候会扩容到默认大小10this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
ArrayList(Collection<? extends E> c)构造方法
传入集合并初始化elementData，这里会使用拷贝把传入集合的元素拷贝到elementData数组中，如果元素个数为0，则初始化为EMPTY_ELEMENTDATA空数组。
/**
* 把传入集合的元素初始化到ArrayList中
*/
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {// 集合转数组elementData = c.toArray();if ((size = elementData.length) != 0) {// 检查c.toArray()返回的是不是Object[]类型。如果不是，重新拷贝成Object[].class类型if (elementData.getClass() != Object[].class)elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);} else {// 如果c是空集合，则初始化为空数组EMPTY_ELEMENTDATAthis.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;}
}
为什么c.toArray();返回的有可能不是Object[]类型呢？请看下面的代码：
public class ArrayTest {public static void main(String[] args) {Father[] fathers = new Son[]{};// 打印结果为class [Lcom.coolcoding.code.Son;System.out.println(fathers.getClass());List<String> strList = new MyList();// 打印结果为class [Ljava.lang.String;System.out.println(strList.toArray().getClass());}
}class Father {}class Son extends Father {}class MyList extends ArrayList<String> {/*** 子类重写父类的方法，返回值可以不一样* 但这里只能用数组类型，换成Object就不行* 应该算是java本身的bug*/@Overridepublic String[] toArray() {// 为了方便举例直接写死return new String[]{"1", "2", "3"};}
}
add(E e)方法
添加元素到末尾，平均时间复杂度为O(1)。
public boolean add(E e) {// 检查是否需要扩容ensureCapacityInternal(size + 1);// 把元素插入到最后一位elementData[size++] = e;return true;
}private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {// 如果是空数组DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA，就初始化为默认大小10if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);}return minCapacity;
}private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {modCount++;if (minCapacity - elementData.length > 0)// 扩容grow(minCapacity);
}private void grow(int minCapacity) {int oldCapacity = elementData.length;// 新容量为旧容量的1.5倍int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);// 如果新容量发现比需要的容量还小，则以需要的容量为准if (newCapacity - minCapacity < 0)newCapacity = minCapacity;// 如果新容量已经超过最大容量了，则使用最大容量if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);// 以新容量拷贝出来一个新数组elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
（1）检查是否需要扩容；
（2）如果elementData等于DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA则初始化容量大小为DEFAULT_CAPACITY；
（3）新容量是老容量的1.5倍（oldCapacity + (oldCapacity >> 1)），如果加了这么多容量发现比需要的容量还小，则以需要的容量为准；
（4）创建新容量的数组并把老数组拷贝到新数组；
add(int index, E element)方法
添加元素到指定位置，平均时间复杂度为O(n)。
public void add(int index, E element) {// 检查是否越界rangeCheckForAdd(index);// 检查是否需要扩容ensureCapacityInternal(size + 1);// 将index及其之后的元素往后挪一位，则index位置处就空出来了System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,size - index);// 将元素插入到index的位置elementData[index] = element;// 大小增1size++;
}private void rangeCheckForAdd(int index) {if (index > size || index < 0)throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
（1）检查索引是否越界；
（2）检查是否需要扩容；
（3）把插入索引位置后的元素都往后挪一位；
（4）在插入索引位置放置插入的元素；
（5）大小加1；
addAll(Collection<? extends E> c)方法
求两个集合的并集。
/**
* 将集合c中所有元素添加到当前ArrayList中
*/
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {// 将集合c转为数组Object[] a = c.toArray();int numNew = a.length;// 检查是否需要扩容ensureCapacityInternal(size + numNew);// 将c中元素全部拷贝到数组的最后System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);// 大小增加c的大小size += numNew;// 如果c不为空就返回true，否则返回falsereturn numNew != 0;
}
（1）拷贝c中的元素到数组a中；
（2）检查是否需要扩容；
（3）把数组a中的元素拷贝到elementData的尾部；
get(int index)方法
获取指定索引位置的元素，时间复杂度为O(1)。
public E get(int index) {// 检查是否越界rangeCheck(index);// 返回数组index位置的元素return elementData(index);
}private void rangeCheck(int index) {if (index >= size)throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}E elementData(int index) {return (E) elementData[index];
}
（1）检查索引是否越界，这里只检查是否越上界，如果越上界抛出IndexOutOfBoundsException异常，如果越下界抛出的是ArrayIndexOutOfBoundsException异常。
（2）返回索引位置处的元素；
remove(int index)方法
删除指定索引位置的元素，时间复杂度为O(n)。
public E remove(int index) {// 检查是否越界rangeCheck(index);modCount++;// 获取index位置的元素E oldValue = elementData(index);// 如果index不是最后一位，则将index之后的元素往前挪一位int numMoved = size - index - 1;if (numMoved > 0)System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);// 将最后一个元素删除，帮助GCelementData[--size] = null; // clear to let GC do its work// 返回旧值return oldValue;
}
（1）检查索引是否越界；
（2）获取指定索引位置的元素；
（3）如果删除的不是最后一位，则其它元素往前移一位；
（4）将最后一位置为null，方便GC回收；
（5）返回删除的元素。
可以看到，ArrayList删除元素的时候并没有缩容。
remove(Object o)方法
删除指定元素值的元素，时间复杂度为O(n)。
public boolean remove(Object o) {if (o == null) {// 遍历整个数组，找到元素第一次出现的位置，并将其快速删除for (int index = 0; index < size; index++)// 如果要删除的元素为null，则以null进行比较，使用==if (elementData[index] == null) {fastRemove(index);return true;}} else {// 遍历整个数组，找到元素第一次出现的位置，并将其快速删除for (int index = 0; index < size; index++)// 如果要删除的元素不为null，则进行比较，使用equals()方法if (o.equals(elementData[index])) {fastRemove(index);return true;}}return false;
}private void fastRemove(int index) {// 少了一个越界的检查modCount++;// 如果index不是最后一位，则将index之后的元素往前挪一位int numMoved = size - index - 1;if (numMoved > 0)System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);// 将最后一个元素删除，帮助GCelementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
}
（1）找到第一个等于指定元素值的元素；
（2）快速删除；
fastRemove(int index)相对于remove(int index)少了检查索引越界的操作，可见jdk将性能优化到极致。
retainAll(Collection<?> c)方法
求两个集合的交集。
public boolean retainAll(Collection<?> c) {// 集合c不能为nullObjects.requireNonNull(c);// 调用批量删除方法，这时complement传入true，表示删除不包含在c中的元素return batchRemove(c, true);
}/**
* 批量删除元素
* complement为true表示删除c中不包含的元素
* complement为false表示删除c中包含的元素
*/
private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement) {final Object[] elementData = this.elementData;// 使用读写两个指针同时遍历数组// 读指针每次自增1，写指针放入元素的时候才加1// 这样不需要额外的空间，只需要在原有的数组上操作就可以了int r = 0, w = 0;boolean modified = false;try {// 遍历整个数组，如果c中包含该元素，则把该元素放到写指针的位置（以complement为准）for (; r < size; r++)if (c.contains(elementData[r]) == complement)elementData[w++] = elementData[r];} finally {// 正常来说r最后是等于size的，除非c.contains()抛出了异常if (r != size) {// 如果c.contains()抛出了异常，则把未读的元素都拷贝到写指针之后System.arraycopy(elementData, r,elementData, w,size - r);w += size - r;}if (w != size) {// 将写指针之后的元素置为空，帮助GCfor (int i = w; i < size; i++)elementData[i] = null;modCount += size - w;// 新大小等于写指针的位置（因为每写一次写指针就加1，所以新大小正好等于写指针的位置）size = w;modified = true;}}// 有修改返回truereturn modified;
}
（1）遍历elementData数组；
（2）如果元素在c中，则把这个元素添加到elementData数组的w位置并将w位置往后移一位；
（3）遍历完之后，w之前的元素都是两者共有的，w之后（包含）的元素不是两者共有的；
（4）将w之后（包含）的元素置为null，方便GC回收；
removeAll(Collection<?> c)
求两个集合的单方向差集，只保留当前集合中不在c中的元素，不保留在c中不在当前集体中的元素。
public boolean removeAll(Collection<?> c) {// 集合c不能为空Objects.requireNonNull(c);// 同样调用批量删除方法，这时complement传入false，表示删除包含在c中的元素return batchRemove(c, false);
}
与retainAll(Collection<?> c)方法类似，只是这里保留的是不在c中的元素。
总结
（1）ArrayList内部使用数组存储元素，当数组长度不够时进行扩容，每次加一半的空间，ArrayList不会进行缩容；
（2）ArrayList支持随机访问，通过索引访问元素极快，时间复杂度为O(1)；
（3）ArrayList添加元素到尾部极快，平均时间复杂度为O(1)；
（4）ArrayList添加元素到中间比较慢，因为要搬移元素，平均时间复杂度为O(n)；
（5）ArrayList从尾部删除元素极快，时间复杂度为O(1)；
（6）ArrayList从中间删除元素比较慢，因为要搬移元素，平均时间复杂度为O(n)；
（7）ArrayList支持求并集，调用addAll(Collection<? extends E> c)方法即可；
（8）ArrayList支持求交集，调用retainAll(Collection<? extends E> c)方法即可；
（7）ArrayList支持求单向差集，调用removeAll(Collection<? extends E> c)方法即可；
彩蛋
elementData设置成了transient，那ArrayList是怎么把元素序列化的呢？
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)throws java.io.IOException{// 防止序列化期间有修改int expectedModCount = modCount;// 写出非transient非static属性（会写出size属性）s.defaultWriteObject();// 写出元素个数s.writeInt(size);// 依次写出元素for (int i=0; i<size; i++) {s.writeObject(elementData[i]);}// 如果有修改，抛出异常if (modCount != expectedModCount) {throw new ConcurrentModificationException();}
}private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {// 声明为空数组elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;// 读入非transient非static属性（会读取size属性）s.defaultReadObject();// 读入元素个数，没什么用，只是因为写出的时候写了size属性，读的时候也要按顺序来读s.readInt();if (size > 0) {// 计算容量int capacity = calculateCapacity(elementData, size);SharedSecrets.getJavaOISAccess().checkArray(s, Object[].class, capacity);// 检查是否需要扩容ensureCapacityInternal(size);Object[] a = elementData;// 依次读取元素到数组中for (int i=0; i<size; i++) {a[i] = s.readObject();}}
}
查看writeObject()方法可知，先调用s.defaultWriteObject()方法，再把size写入到流中，再把元素一个一个的写入到流中。
一般地，只要实现了Serializable接口即可自动序列化，writeObject()和readObject()是为了自己控制序列化的方式，这两个方法必须声明为private，在java.io.ObjectStreamClass#getPrivateMethod()方法中通过反射获取到writeObject()这个方法。
在ArrayList的writeObject()方法中先调用了s.defaultWriteObject()方法，这个方法是写入非static非transient的属性，在ArrayList中也就是size属性。同样地，在readObject()方法中先调用了s.defaultReadObject()方法解析出了size属性。
elementData定义为transient的优势，自己根据size序列化真实的元素，而不是根据数组的长度序列化元素，减少了空间占用。
原文链接：https://www.cnblogs.com/tong-yuan/p/10638855.html
这篇关于深读源码-java集合之ArrayList源码分析的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！
