深深的码丨Java ArrayList 源码透析

ArrayList 本质是通过一个可变长的数组来存储不定量的元素，且当元素通过不同方式被添加存储时，总是先计算自身容量，若符合扩容标准则对数组进行扩容并拷贝原有元素

本文将基于 JDK8 对 ArrayList 源码中的构造ArrayList()、存储add()、删除remove()、扩容grow()、序列化（writeObject()、readObject()）等过程中所涉及 JDK 源码做行级解释

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ArrayList 的结构定义

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, Serializable {// 略···
}

定义 ArrayList 时继承 AbstractList 抽象类表示这是一个数组队列，含有增删改查遍历等常用操作。实现 RandomAccess 接口表示此对象可进行随机访问。实现 Cloneable 接口表示此对象可被克隆。实现 Serializable 接口表示此对象可被序列化与反序列化，接下来开始进入正题！

ArrayList 实例化

ArrstList 共提供了 3 种构造方法，支持指定长度和指定元素内容，满足各种常见场景下对容量的需求

    // 默认初始容量private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;// 若初始化时指定了长度或添加集合，但长度为0，则赋值为此对象。若elementData等于此对象，表示有参实例化，首次add时数组仅扩容至1// 如：ArrayList<Integer> mArrayList = new ArrayList<Integer>(0);private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = new Object[0];// 若初始化时不指定长度或添加集合则赋值为此对象。若elementData等于此对象，表示是无参实例化，首次add时数组默认扩充容量至10// 如：ArrayList<Integer> mArrayList = new ArrayList<Integer>(); // 区别赋值的原因猜测是因为后者实例方式更符合实际开发需要，所以首次就给了较多容量，减少多次扩容的资源开支private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = new Object[0];// elementData 是用来保存元素的数组。因为他的容量通常大于实际使用量，会产生空余空间，所以被修饰为transient ，// 表示不可被序列化，避免序列化时时间与空间的浪费，而 ArrayList 的序列化与反序列化通过writeObject和readObject完成transient Object[] elementData;// 当前数组长度private int size;// 最大数组长度private static final int MAX_ARRAY_SIZE = 2147483639;// 第1种：初始化一个长度为0的空数组public ArrayList() {this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;}// 第2种：初始化时指定数组长度public ArrayList(int var1) {// 检查长度参数 var1 是否合法，若合法则按需创建数组if (var1 > 0) {this.elementData = new Object[var1];} else {// 若 var1 非零则表示为负数，抛出非法参数异常if (var1 != 0) {throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: " + var1);}// 若 var1 为零，则创建长度为0的数组this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;}}// 第3种：初始化时批量添加元素public ArrayList(Collection<? extends E> var1) {// 将传入的集合转为数组，并将结果进行赋值this.elementData = var1.toArray();// 若转换结果不为空，则继续处理if ((this.size = this.elementData.length) != 0) {if (this.elementData.getClass() != Object[].class) {this.elementData = Arrays.copyOf(this.elementData, this.size, Object[].class);}} else {// 若传入的集合为空，则仅仅只是初始化一个空数组this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;}}

ArrayList 添加元素

ArrstList 共提供 4 种添加元素方法，支持指定位置、批量添加，在此检查是否符合扩容条件

    // 第1种：添加一个在数组创建时指定类型的元素public boolean add(E var1) {// 检查是否需要扩容this.ensureCapacityInternal(this.size + 1);// 向数组尾部插入新元素（size表示当前数组中最后一个被插入元素的下标）this.elementData[this.size++] = var1;return true;}// 第2种：在指定位置，添加一个在数组创建时指定类型的元素public void add(int var1, E var2) {// 检查下标边界是否合法this.rangeCheckForAdd(var1);// 检查是否需要扩容this.ensureCapacityInternal(this.size + 1);// 移动当前数组内元素位置System.arraycopy(this.elementData, var1, this.elementData, var1 + 1, this.size - var1);// 向指定位置插入新元素this.elementData[var1] = var2;// 更新尾元素下标位置++this.size;}// 第3种：添加一组指定类型的元素public boolean addAll(Collection<? extends E> var1) {// 转化为数组Object[] var2 = var1.toArray();// 记录数组长度int var3 = var2.length;// 检查是否需要扩容this.ensureCapacityInternal(this.size + var3);// 向数组尾部插入一组新元素System.arraycopy(var2, 0, this.elementData, this.size, var3);// 更新尾元素下标位置this.size += var3;// 返回批量添加结果return var3 != 0;}// 第4种：指定起始位置，添加一组指定类型的元素，public boolean addAll(int var1, Collection<? extends E> var2) {// 检测起始位置是否合法this.rangeCheckForAdd(var1);// 转化为数组Object[] var3 = var2.toArray();// 记录数组长度int var4 = var3.length;// 检查是否需要扩容this.ensureCapacityInternal(this.size + var4);// 计算所需插入区间的下标int var5 = this.size - var1;if (var5 > 0) {// 移动当前元素位置System.arraycopy(this.elementData, var1, this.elementData, var1 + var4, var5);}// 将新数组插入指定位置System.arraycopy(var3, 0, this.elementData, var1, var4);// 更新尾元素下标位置this.size += var4;// 返回批量添加结果return var4 != 0;}

ArrayList 删除元素

ArrstList 共提供 3 种删除元素方法，支持通过下标或对象删除

    // 第1种：删除指定下标的元素(从0开始)public E remove(int var1) {// 检测下标是否合法this.rangeCheck(var1);// fail-fast 机制用到的修改次数计数（ArrayList非线程安全，所以在使用迭代器过程中被修改的话，会抛出 ConcurrentModificationExceptions）++this.modCount;// 获取即将被删除的元素Object var2 = this.elementData(var1);// 计算需要移动的元素数量int var3 = this.size - var1 - 1;if (var3 > 0) {// 移动元素（被删除的元素，将被它后一个元素直接覆盖）System.arraycopy(this.elementData, var1 + 1, this.elementData, var1, var3);}// 将尾部元素置空，因为它已被复制到前一个下标位置this.elementData[--this.size] = null;// 返回处理结果return var2;}// 第2种：删除指定对象public boolean remove(Object var1) {// 遍历起始下标int var2;// 如果需要删除空对象if (var1 == null) {// 遍历当前数组中的空对象（但仅仅删除首个符合要求的元素）for(var2 = 0; var2 < this.size; ++var2) {// 发现目标if (this.elementData[var2] == null) {// 删除this.fastRemove(var2);return true;}}} else {// 遍历数组中的目标对象（但仅仅删除首个符合要求的元素）for(var2 = 0; var2 < this.size; ++var2) {// Object 的 equals 和 == 比较的均是地址值// String 的 == 比较的是值，equals 则先比较地址，再顺序比较字符if (var1.equals(this.elementData[var2])) {// 若相等则删除this.fastRemove(var2);return true;}}}return false;}// 第3种：清空public void clear() {++this.modCount;for(int var1 = 0; var1 < this.size; ++var1) {this.elementData[var1] = null;}this.size = 0;}

System.arraycopy() 数组复制

在对 ArrayList 进行操作的的过程中，System.arraycopy() 这个 native 方法被频繁使用，它的作用是实现高效的数组间复制，在此标注下各项参数含义，避免产生困扰

public static native void arraycopy(Object var0, int var1, Object var2, int var3, int var4);

Object var0 ：源数组
int var1 ：源数组复制起始下标
Object var2 ：目标数组
int var3 ：目标数组存储起始下标
int var4 ：需复制长度

ArrayList 序列化

通过源码我们可以看到这项定义： transient Object[] elementData;，这表示被 transient 修饰的数组不可被序列化，但 elementData 又是实际存储了元素的数组，且 ArrayList 肯定可以序列化传输，那么这么操作的原因是为什么？

很简单，当 Arraylist 被定以后，每次添加元素都需检查当前容量是否符合扩容标准，而扩容并不会在数组长度被用完时进行，所以数组的长度总是大于实际使用长度，而在这种情况下直接序列化对象，必然造成时间成本与空间资源的浪费，所以 ArrayList 内提供了 writeObject 与 readObject 两个方法，以 this.size 为循环条件，只处理有效元素

 transient Object[] elementData;// 略···private void writeObject(ObjectOutputStream var1) throws IOException {int var2 = this.modCount;var1.defaultWriteObject();var1.writeInt(this.size);for(int var3 = 0; var3 < this.size; ++var3) {var1.writeObject(this.elementData[var3]);}if (this.modCount != var2) {throw new ConcurrentModificationException();}}private void readObject(ObjectInputStream var1) throws IOException, ClassNotFoundException {this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;var1.defaultReadObject();var1.readInt();if (this.size > 0) {this.ensureCapacityInternal(this.size);Object[] var2 = this.elementData;for(int var3 = 0; var3 < this.size; ++var3) {var2[var3] = var1.readObject();}}}