[学习交流] 【上海校区】JAVA集合-ArrayList

ArrayList是java集合框架中比较常用的数据结构，其实底层就是一个数组的操作实现，但是这个数组呢可以实现容量大小的动态变化，这就是比较特别的地方吧。另外ArrayList不是线程安全的。
框架结构

从图中可以看出ArrayList类继承了AbstractList类，实现了List、RandomAccess、Serialzable、Cloneable接口
实现RandomAccess接口：可以通过下标序号快速访问实现了Cloneable，能被克隆实现了Serializable，支持序列化复制代码成员变量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;...}复制代码

DEFAULT_CAPACITY默认容量是10
EMPTY_ELEMENTDATA 空集合
DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 默认空集合（与EMPTY_ELEMENTDATA有点区别，在不同的构造函数中用到），第一个元素添加时会扩容成默认容量10
elementData真正存放数据的地方
size 数组元素个数

构造函数/** * Constructs an empty list with the specified initial capacity. * * @param  initialCapacity  the initial capacity of the list * @throws IllegalArgumentException if the specified initial capacity *       is negative */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); }}复制代码指定初始化长度，当然这个初始化容量长度不能小于0，如果等于0，则赋一个空集合EMPTY_ELEMENTDATA。
/** * Constructs an empty list with an initial capacity of ten. */public ArrayList() { this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;}复制代码这是最常用的默认构造方法，其中使用默认的初始容量大小10，并赋予一个空数组DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA。
/** * Constructs a list containing the elements of the specified * collection, in the order they are returned by the collection's * iterator. * * @param c the collection whose elements are to be placed into this list * @throws NullPointerException if the specified collection is null */public ArrayList(Collection<? extends E> c) { elementData = c.toArray(); if ((size = elementData.length) != 0) {       // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)       if (elementData.getClass() != Object[].class)          elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class); } else {       // replace with empty array.       this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; }}复制代码使用已有集合来创建ArraList，将集合里的值复制到ArrayList中。首先把集合转换成数组，然后判断转换的数组类型是否为Obejct[]类型，如果是则将数组的值拷贝到list中，否则或者容量为0，则赋予一个空数组
常用的操作添加操作    public boolean add(E e) {    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!    //扩容之后再添加元素    elementData[size++] = e;    return true;    }    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {    ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity)); }       //计算容量 private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {       if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {          return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);       }       return minCapacity; }       private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {       modCount++;       // overflow-conscious code          if (minCapacity - elementData.length > 0)                grow(minCapacity);    }    private void grow(int minCapacity) {       // overflow-conscious code       int oldCapacity = elementData.length;       //新容量为原来容量的二分之三倍       int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);       //新容量小于需要扩容的容量       if (newCapacity - minCapacity < 0)          newCapacity = minCapacity;                   //新容量大于数组能申请的最大值  MAX_ARRAY_SIZE=Integer.MAX_VALUE - 8       if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)          newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);       // minCapacity is usually close to size, so this is a win:       //扩容成功移动数据       elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); }       private static int hugeCapacity(int minCapacity) {       if (minCapacity < 0) // overflow          throw new OutOfMemoryError();       return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?          Integer.MAX_VALUE :          MAX_ARRAY_SIZE; }复制代码size表示ArrayList的元素个数。在添加元素之前先要确保数组有足够容量。当当前数组需要的空间不够时，就需要扩容了，并且保证新容量不能比当前需要的容量小，然后调Arrays.copyOf()创建一个新的数组并将数据拷贝到新数组中，且把引用赋值给elementData
public void add(int index, E element) { rangeCheckForAdd(index); ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!! System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,                   size - index); elementData[index] = element; size++;}复制代码指定数组index位置添加元素。首先会检查index是否超出数组的范围；然后既然要添加元素，就要保证有足够的数组空间；当然要在index位置插入元素，得让index后所有的元素往后移动一位，腾出index位置设置要添加的元素。
添加元素时，都涉及到了对数组的复制移动，用到了两种方法
Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,size - index);复制代码第一个方法是生成一个同样大小的新对象，当然底层也是使用了System.arraycopy方法
public static native void arraycopy(Object src,  int  srcPos,Object dest, int destPos,int length);复制代码第二个方法是将数组复制到指定数组中，还可以选择复制数组的长度。使用arraycopy方法自己复制自己，将数组要放置的地方的对象移到后面去
实质上都是底层clone来的结果
删除操作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;}复制代码删除指定位置的元素。首先也是检查index的合法性，然后取得该位置的旧元素，计算需要移动的长度，如果需要移动的，则调用System.arraycopy方法将index位置后的元素所有往前移动一位，将数组最后一位置为null，方便GC工作，最后返回被删除的元素。
  public boolean remove(Object o) { if (o == null) {       for (int index = 0; index < size; index++)          if (elementData[index] == 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) { 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}复制代码删除指定元素，这里删除的是数组中第一个找到的元素。fastRemove方法移除，这里没有进行index范围检查
获取操作    public E get(int index) {       rangeCheck(index);       return elementData(index);  }  E elementData(int index) { return (E) elementData[index];}复制代码获取指定index位置的元素。这个实现很简单，首先index范围检查，然后直接取数组中index位置元素返回。
修改操作  public E set(int index, E element) {       rangeCheck(index);       E oldValue = elementData(index);       elementData[index] = element;       return oldValue;}复制代码修改指定位置的元素，并返回旧值
迭代器使用集合的都知道，在for循环遍历集合时不可以对集合进行删除操作，因为删除会导致集合大小改变，从而导致数组遍历时数组下标越界，严重时会抛ConcurrentModificationException异常

使用迭代器遍历删除，运行正常

public Iterator<E> iterator() { return new Itr();}private class Itr implements Iterator<E> { int cursor;    // index of next element to return int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such int expectedModCount = modCount; Itr() {} public boolean hasNext() {       return cursor != size; } @SuppressWarnings("unchecked") public E next() {       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();       } } @Override @SuppressWarnings("unchecked") public void forEachRemaining(Consumer<? super E> consumer) {       Objects.requireNonNull(consumer);       final int size = ArrayList.this.size;       int i = cursor;       if (i >= size) {          return;       }       final Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;       if (i >= elementData.length) {          throw new ConcurrentModificationException();       }       while (i != size && modCount == expectedModCount) {          consumer.accept((E) elementData[i++]);       }       // update once at end of iteration to reduce heap write traffic       cursor = i;       lastRet = i - 1;       checkForComodification(); } final void checkForComodification() {       if (modCount != expectedModCount)          throw new ConcurrentModificationException(); }}复制代码从代码中可以看出iterator方法返回的是一个Itr()对象。
Itr对象有三个成员变量：
cursor：代表下一个要访问的数组下标lastRet：代表上一个要访问的数组下标expectedModCount：代表ArrayList修改次数的期望值，初始为modeCount复制代码Itr有三个主要函数：
hasNext：实现简单，判断下一个要访问的数组下标等于数组大小，表示遍历到最后了next：首先判断 expectedModCount 和 modCount 是否相等。每调用一次 next 方法， cursor 和 lastRet 都会自增 1。remove ：首先会判断 lastRet  的值是否小于 0，然后在检查 expectedModCount 和 modCount 是否相等。然后直接调用 ArrayList 的 remove 方法删除下标为 lastRet 的元素。然后将 lastRet 赋值给 cursor ，将 lastRet 重新赋值为 -1，并将 modCount 重新赋值给 expectedModCount。复制代码remove方法弊端：
调用 remove 之前必须先调用 next。因为 remove 开始就对 lastRet 做了校验。而 lastRet 初始化时为 -1。next 之后只可以调用一次 remove。因为 remove 会将 lastRet 重新初始化为 -1复制代码总结ArrayList是一个可以自动扩容的动态数组。
ArrayList的默认容量大小是10
扩容为原来的1.5倍，如果1.5倍还不够的话，直接扩容成我们所需要的容量，1.5倍或所需容量太大的话，直接扩容成Integer.MAX_VALUE或MAX_ARRAY_SIZE
扩容之后通过数组拷贝确保元素的准确性，尽量减少扩容机制
复制和扩容使用了Arrays.copyOf和System.arraycopy方法
ArrayList查找效率高，插入删除操作效率相对低
size 为集合实际存储元素个数
elementData.length 为数组长度，表示数组可以存储多少个元素
如果需要边遍历边 remove ，必须使用 iterator。且 remove 之前必须先 next，next 之后只能用一次 remove。

【转载】仅作分享，侵删
作者：hatch
链接：https://juejin.im/post/5adfe654f265da0b7f443477

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