小学生也能看懂的ArrayList底层原理

阅读指引：本文包含源码，如果不想阅读源码，建议跳过 “ArrayList 的主要方法” 中的源码分析部分，直接看每一部分的小总结。

简单介绍

ArrayList是 Java 集合框架中比较常用的数据结构，底层基于数组实现，能够实现容量的动态变化。
我们之所以使用它，与它能够自由添加、删除元素有关，使用者不用考虑数组的容量、遍历等问题，可以说是一个功能强大、使用简单的数组。

那么ArrayList里面到底是怎么实现的呢？

ArrayList 的成员变量

了解一个类，我们需要先了解它有哪些变量，通过这些成员变量我们能够大致了解它的实现原理。

ArrayList 的主要变量：

private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;     //数组初始容量
transient Object[] elementData;                     //存放数组
private int size;                                   //实际元素个数,指已经使用的空间数

除此之外，ArrayList 的父类也有一个重要的变量：

protected transient int modCount = 0;               //记录对 List 操作的次数

看到这里，我们不着急看具体方法，让我来猜想一下 ArrayList 主要方法的实现：

add(E e)：在数组末尾添加元素。若数组为空，则初始化数组，容量为10；若数组已满，则扩容为原来的1.5倍。
get(int index)：返回指定位置的元素。若index越界，报错。
remove(Object o)：删除第一次出现对象为 o 的元素。若 o 为 null，查找并删除值为 null 的元素；若 o 不为 null，查找并删除 o 。
size()：返回ArrayList 中已有元素数量。返回 size。

----------------------------------------------------下面是源码，慎入----------------------------------------------------------

ArrayList 的主要方法

接下来将从源码入手，分析 ArrayList 的主要方法是怎么实现的，可以先深吸一口气，我也将用比较简单的话来描述实现的过程。

1.add方法

有多种不同参数的 add() 方法，我们分析一下比较常用的add(E e)：

注：代码中的中文注释是笔者添加的
public boolean add(E e) {// 检查内部容量是否充足，如果不足则扩容ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!// 将元素存入数组elementData[size++] = e;return true;
}private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {// 如果初始数组为默认空数组，minCapacity = 10if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);}// 检查是否需要扩容ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {modCount++;// 添加新元素后数组长度 大于 数组当前容量if (minCapacity - elementData.length > 0)// 数组扩容，扩展为原来的 1.5 倍grow(minCapacity);
}private void grow(int minCapacity) {int oldCapacity = elementData.length;// 相当于 newCapacity = oldCapacity + oldCapacity / 2int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);if (newCapacity - minCapacity < 0)newCapacity = minCapacity;if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

总结：
调用 add(E e) 方法，首先判断 elementData 是否为空数组，如果是空数组，初始化 elementData 容量为 10；如果不是空数组，则检查 elementData 数组是否已满，如果已满则进行扩容，扩展为原来的 1.5 倍。最后将元素 e 添加到 elementData 数组末尾。

2.get方法

该方法将返回此列表中指定位置的元素。

public E get(int index) {// 数组下标越界检查rangeCheck(index);return elementData(index);
}private void rangeCheck(int index) {// 如果下标 大于 数组元素数量if (index >= size)throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}@SuppressWarnings("unchecked")
E elementData(int index) {// 返回该元素return (E) elementData[index];
}

总结
调用 get(int index) 方法，首先判断下标 index 是否越界，越界则抛异常，没越界则直接返回对应下标的元素。

3.remove方法

该方法将删除列表中第一次出现的指定元素。

public boolean remove(Object o) {// 如果 o 为空if (o == null) {// 遍历 elementData, 找出 值为 null 的元素并删除for (int index = 0; index < size; index++)if (elementData[index] == null) {fastRemove(index);return true;}// 如果 o 不为空} else {// 遍历 elementData, 找出 值为 o 的元素并删除for (int index = 0; index < size; index++)if (o.equals(elementData[index])) {fastRemove(index);return true;}}return false;
}// 删除指定下标元素
// 让 index 后的元素整体往前 copy, 然后旧数组的最后一个元素位置赋值为 null
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
}

总结
调用 remove(Object o)方法，需要先判断 o 是否为 null，为空则遍历 elementData，找出值为 null 的元素并删除；如果不为空，遍历 elementData，找出值为 o 的元素并删除。

结束语：每天进步一点点~