ArrayList源码分析

概述

ArrayList 是 java 集合框架中比较常用的数据结构了。继承自 AbstractList，实现了 List 接口。底层基于数组实现容量大小动态变化。允许 null 的存在。同时还实现了 RandomAccess、Cloneable、Serializable 接口，所以ArrayList 是支持快速访问、复制、序列化的。

基础属性

//初始化容量
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
//空实例数组
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
//默认大小的空实例数组，在第一次调用ensureCapacityInternal时会初始化长度为18
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
//存放元数据数组
transient Object[] elementData;
//数组当前的元素数量
private int size;//带容量参数的构造函数
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);}
}//不带容量参数则使用默认大小的空实例数组
public ArrayList() {this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

一些基本属性，参考下图理解。

get方法

@SuppressWarnings("unchecked")
//直接根据索引位置返回元素
E elementData(int index) {return (E) elementData[index];
}//根据索引获取元素
public E get(int index) {//校验索引是否越界rangeCheck(index);校验索引是否越界（底层elementData是数组）return elementData(index);
}

很简单，由于底层是数组实现的，先检查下索引是否越界，然后直接返回对应索引位置的元素即可。

set方法

//用指定的元素(element)替换指定位置( index)的元素
public E set(int index, E element) {rangeCheck(index);  //校验索引是否越界E oldValue = elementData(index); //1根据index获取指定位置的元素elementData[index] = element; //用传入的element替换index位置的元素return oldValue; //返回index位置原来的元素
}

  • 校验索引是否越界

  • 根据index获取指定位置的元素

  • 用传入的element替换index位置的元素

  • 返回index位置原来的元素

    ​

add方法

//增加一个元素
public boolean add(E e) {//将modCount+1,并校验添加元素是否需要扩容ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!//在数组尾部添加元素，并将size+1elementData[size++] = e;return true;
}//将指定的元素(element)插入此列表中的指定位置(index)。
//将index位置及后面的所有元素(如果有的话)向右移动一个位置
public void add(int index, E element) {//校验索引是否越界rangeCheckForAdd(index);//将modCount+1,并校验添加元素是否需要扩容ensureCapacityInternal(size + 1);将index位置及之后的所有元素向右移动-个位 置(为要添加的元素腾出1个位置)System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,size - index);elementData[index] = element;  //index位置填入要添加的元素size++;  //元素数量+1
}

add(E e)：

调用ensureCapacityInternal方法（下文有详解），如果数组还没初始化，则进行初始化；如果已经初始化了，则将modCount+1，并校验添加元素后是否需要扩容。
在elementData数组尾部添加元素即可（size位置）。

add(int index, E element)：

  • 检查索引是否越界，再调用ensureCapacityInternal方法，将modCount+1，并校验添加元素后是否需要扩容。

  • 将index位置及之后的所有元素向右移动一个位置（为要添加的元素腾出1个位置）。

  • 将index位置设置为element元素，并将size+1。

    ​

add(int index, E element)的过程如下图所示。

remove方法


//删除列表中index位置的元素，将index位置后面的所有元素向左移一个位置
public E remove(int index) {//校验索引是否越界rangeCheck(index);//修改次数+1modCount++;// index位置的元素，也就是将要被移除的元素E oldValue = elementData(index);//计算需要移动的元素个数，例口: size为10， index为9， 此时numMoved为0，则无需移动元素,//因为此时index为9的元素刚好是最后一个元素，直接执行下面的代码，将索引为9的元素赋值为空即可int numMoved = size - index - 1;//如果需要移动元素if (numMoved > 0)//将index+1位置及之后的所有元素，向左移动一个位置System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,numMoved);//将size-1位置的元素赋值为空(因为. 上面将元素左移了，所以size-1位 置的元素为重复的，将其移除)elementData[--size] = null;//返回index位置原来的元素return oldValue;
}//如果存在与入参相同的元素，则从该列表中删除指定元素的第一个匹配项;如果列表不包含元素，则不变。
public boolean remove(Object o) {//如果入参元素为空，则遍历数组查找是否存在元素为空，if (o == null) {for (int index = 0; index < size; index++)if (elementData[index] == null) {//如果存在则调用fastRemove将该元素移除，fastRemove(index);//并返回true表示移除成功return true;}//如果入参元素不为空，则遍历数组查找是否存在元素与入参元素使用equals比较返回true} else {for (int index = 0; index < size; index++)if (o.equals(elementData[index])) {//如果存在则调用fastRemove将该元素移除，fastRemove(index);//并返回true表示移除成功return true;}}//不存在目标元素，返回falsereturn false;
}//供上面的remove方法调用，直接删除掉index位置的元素；与remove(int index)方法一样
private void fastRemove(int index) {modCount++;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
}

remove(int index)：

  • 检查索引是否越界，将modCount+1，拿到索引位置index的原元素。
  • 计算需要移动的元素个数。
  • 如果需要移动，将index+1位置及之后的所有元素，向左移动一个位置。
  • 将size-1位置的元素赋值为空（因为上面将元素左移了，所以size-1位置的元素为重复的，将其移除）。

remove(Object o)：

  • 如果入参元素为空，则遍历数组查找是否存在元素为空，如果存在则调用fastRemove将该元素移除，并返回true表示移除成功。
  • 如果入参元素不为空，则遍历数组查找是否存在元素与入参元素使用equals比较返回true，如果存在则调用fastRemove将该元素移除，并返回true表示移除成功。
    *否则，不存在目标元素，则返回false。

调用remove方法， 会， 且只会 删除第一个与传入对象通过equals方法判断相等的元素。如果传入null， 则删除掉第一个null元素
所以， 如果自定义类想要使用remove方法从列表删除某个指定值对象， 还需要实现该类型自己的equals方法才行！
且删除只能从后往前删，从前往后删，删不干净

fastRemove(int index)：跟remove(int index)类似

  • 将modCount+1，并计算需要移动的元素个数。
  • 如果需要移动，将index+1位置及之后的所有元素，向左移动一个位置。
  • 将size-1位置的元素赋值为空（因为上面将元素左移了，所以size-1位置的元素为重复的，将其移除）。

remove(int index)方法的过程如下图所示。

clear方法

//删除此列表中的所有元素。
public void clear() {//修改次数+1modCount++;//遍历数组将所有元素清空for (int i = 0; i < size; i++)elementData[i] = null;//元素数量赋0size = 0;
}

遍历数组将所有元素清空即可。

扩容

上文add方法在添加元素之前会先调用ensureCapacityInternal方法，主要是有两个目的：1.如果没初始化则进行初始化；2.校验添加元素后是否需要扩容。

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {//校验当前数组是否为DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ ELEMENTDATA,//如果是则将minCapacity设为DEFAULT_CAPACITY,//主要是给DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA设置初始容量if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);}return minCapacity;
}private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {modCount++;//修改次数+1//如果添加该元素后的大小超过数组大小，则进行扩容if (minCapacity - elementData.length > 0)//进行扩容grow(minCapacity);
}//数组允许的最大长度
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;//数组扩容
private void grow(int minCapacity) {//原来的容量int oldCapacity = elementData.length;//新容量 = 老容量 + 老容量/2int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);//如果新容量比minCapacity小，if (newCapacity - minCapacity < 0)//则将新容量设为minCapacity,兼容初始化情况newCapacity = minCapacity;//如果新容量比最大允许容量大，if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)//则调用hugeCapacity方法设置个合适的容量newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);//将原数组元素拷贝到一个容量为newCapacity的新数组(使用System.arraycopy)，//并且将elementData设置为新数组elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}private static int hugeCapacity(int minCapacity) {if (minCapacity < 0) // overflowthrow new OutOfMemoryError(); //越界//如果minCapacity大于MAX_ARRAY_SIZE, 则返回Integer.MAX_VALUE, 否则返回MAX_ARRAY_SIZEreturn (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?Integer.MAX_VALUE :MAX_ARRAY_SIZE;
}

ensureCapacityInternal(int minCapacity)：此方法就是为默认大小的空实例数组DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA而写的，判断数组是否为DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA，如果是则将minCapacity设置为DEFAULT_CAPACITY。

ensureExplicitCapacity(int minCapacity)：将modCount+1，并校验minCapacity是否大于当前数组的容量，如果大于则调用grow方法进行扩容。

grow(int minCapacity)：
将数组新容量设置为老容量的1.5倍。
两个if判断，第一个是对DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA初始化的兼容，第二个是对超过MAX_ARRAY_SIZE的兼容。
调用Arrays.copyOf方法创建长度为newCapacity的新数组，并将老数组的数据复制给新数组，并将elementData赋值为新数组。

grow(int minCapacity)的过程如下图所示。

Iterator()

 public Iterator<E> iterator() {return new Itr();
}

在调用list.iterator()的时候返回的是一个Itr对象，它是ArrayList中的一个内部类。
主要是实现了Iterator的三个方法：

hasNext()、next()、remove()

private class Itr implements Iterator<E> {int cursor;       // index of next element to returnint lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such//expectedModCount的初值为modCount//设置此直的原因是：//在使用迭代器遍历集合的时候同时修改集合元素。因为ArrayList被设计成非同步的，所以理所当然会抛异常。int expectedModCount = modCount;public boolean hasNext() {//hasNext的判断条件为cursor!=size，就是当前迭代的位置不是数组的最大容量值就返回truereturn cursor != size;}@SuppressWarnings("unchecked")public E next() {//会先调用checkForComodification来检查expectedModCount和modCount是否相等checkForComodification();int i = cursor;if (i >= size)throw new NoSuchElementException();Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;if (i >= elementData.length)throw new ConcurrentModificationException();cursor = i + 1;return (E) elementData[lastRet = i];}public void remove() {if (lastRet < 0)throw new IllegalStateException();checkForComodification();try {ArrayList.this.remove(lastRet);cursor = lastRet;lastRet = -1;expectedModCount = modCount;} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {throw new ConcurrentModificationException();}}final void checkForComodification() {if (modCount != expectedModCount)throw new ConcurrentModificationException();}}

坑一：删除一个null元素，只会删除第一个null元素；如果删除自定义元素，需要自己实现equals方法

//如果存在与入参相同的元素，则从该列表中删除指定元素的第一个匹配项;如果列表不包含元素，则不变。
public boolean remove(Object o) {//如果入参元素为空，则遍历数组查找是否存在元素为空，if (o == null) {for (int index = 0; index < size; index++)if (elementData[index] == null) {//如果存在则调用fastRemove将该元素移除，fastRemove(index);//并返回true表示移除成功return true;}//如果入参元素不为空，则遍历数组查找是否存在元素与入参元素使用equals比较返回true} else {for (int index = 0; index < size; index++)if (o.equals(elementData[index])) {//如果存在则调用fastRemove将该元素移除，fastRemove(index);//并返回true表示移除成功return true;}}//不存在目标元素，返回false

调用remove方法， 会， 且只会 删除第一个与传入对象通过equals方法判断相等的元素。
如果传入null， 则删除掉第一个null元素。
所以， 如果自定义类想要使用remove方法从列表删除某个指定值对象， 还需要实现该类型自己的equals方法才行！

坑二：ArrayList是可以顺序删除节点的，但是！如果使用普通for循环，必须是从后往前删。不能从前往后删。

我们先来看一下【错误示范】：

ArrayList list=new ArrayList();
list.add("a");
list.add("b");
list.add("c");System.out.println("删除前："+list.toString());//顺序删除节点错误示范：从前往后删----会删不干净
for (int i=0;i<list.size();i++){list.remove(i);
}
System.out.println("删除后："+list.toString());

删除后结果

删除前：[a, b, c]
删除后：[b]

【出错原因分析】：
要顺序删除ArrayList的全部节点，如果我们从前往后的顺序删除，先删除【0】位置的数据，但是由于删除的时候是从后往前挪一位进行删除的，所以【0】的位置又会被下一个位置的数据覆盖上，实际上【0】还是有数据的。再画一张图来方便大家理解：

【正确的做法】：
要想顺序删除ArrayList的所有节点，且采用普通的for循环，那只能从后往前删，这样就不会出问题。

//通过一般for循环，必须从后往前删除！
for (int i=(arraylist.size()-1);i>=0;i--){arraylist.remove(i);
}

坑三：每当我们使用迭代器遍历元素时，如果使用迭代器以外的方法修改了元素内容（如删除元素），那就会抛出ConcurrentModificationException的异常。

错误示例：
ArrayList arrayList = new ArrayList();
arrayList.add(“a”);
arrayList.add(“b”);
arrayList.add(“c”);

    System.out.println("移除前：" + arrayList);Iterator<String> iterator = arrayList.iterator();while (iterator.hasNext()) {if ("c".equals(iterator.next())) {arrayList.remove("c");}}System.out.println("移除后：" + arrayList);//注意增强for使用的也是迭代器//所以一下这种操作也会报ConcurrentModificationException//for (Object o : arrayList) {//    arrayList.remove(o);//}//System.out.println("移除后2：" + arrayList);

报错
Exception in thread “main” java.util.ConcurrentModificationException
at java.util.ArrayList I t r . c h e c k F o r C o m o d i f i c a t i o n ( A r r a y L i s t . j a v a : 909 ) a t j a v a . u t i l . A r r a y L i s t Itr.checkForComodification(ArrayList.java:909) at java.util.ArrayList Itr.checkForComodification(ArrayList.java:909)atjava.util.ArrayListItr.next(ArrayList.java:859)
at com.xichuan.spring.dev.TestJava.main(TestJava.java:21)

先分析一下报错原因：
在我们使用 ArrayLis 的 iterator() 方法获取到迭代器进行遍历时，会把 ArrayList 当前状态下的 modCount 赋值给 ArrayListIterator类的 expectedModCount 属性。
如果我们在迭代过程中，使用了 ArrayList 的 remove()方法，这时 modCount 就会加 1 ，但是迭代器中的expectedModCount 并没有变化，当我们再使用迭代器的next()方法时，它就会报ConcurrentModificationException的错。

来自：ArrayList详解

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