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什么是ArrayList？

ArrayList是Java集合常用的数据结构之一，继承自AbstractList，实现了List，RandomAccess、Cloneable、Serializable等一系列接口，支持快速访问，复制和序列化。底层是基于数组实现容量大小动态变化，允许null值存在。
默认size的初始大小为10：
扩容公式为
当前容量长度*1.5
即：默认长度为10
第一次扩充后的长度为15
第二次扩充后的长度为22
第三次扩从后的长度为33

源码解析

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类属性

     /*** 序列号*/private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;/*** 默认容量*/private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;/*** 一个空数组* 当用户指定该 ArrayList 容量为 0 时，返回该空数组*/private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};/*** 一个空数组实例* - 当用户调用无参构造函数，返回的是该数组==>刚创建一个 ArrayList 时，其内数据量为 0。* - 当用户第一次添加元素时，该数组将会扩容，变成默认容量为 10(DEFAULT_CAPACITY) 的一个数组===>通过  ensureCapacityInternal() 实现* 它与 EMPTY_ELEMENTDATA 的区别就是：该数组是默认返回的，而后者是在用户指定容量为 0 时返回*/private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};/*** ArrayList基于数组实现，用该数组保存数据, ArrayList 的容量就是该数组的长度* - 该值为 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 时，当第一次添加元素进入 ArrayList 中时，数组将扩容值 DEFAULT_CAPACITY(10)*/transient Object[] elementData; /*** ArrayList实际存储的数据数量*/private int size;    

构造方法：

/*** 创建一个具有初试容量的ArrayList* @param  initialCapacity  初始容量* @throws IllegalArgumentException 当初试容量值非法(小于0)时抛出*/
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);}}/*** 无参构造函数：* - 创建一个 空的 ArrayList，此时其内数组缓冲区 elementData = {}, 长度为 0* - 当元素第一次被加入时，扩容至默认容量 10*/public ArrayList() {this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;}/*** 创建一个包含collection的ArrayList* @param c 要放入 ArrayList 中的集合，其内元素将会全部添加到新建的 ArrayList 实例中* @throws NullPointerException 当参数 c 为 null 时抛出异常*/public ArrayList(Collection<? extends E> c) {//将集合转化成Object[]数组elementData = c.toArray();//把转化后的Object[]数组长度赋值给当前ArrayList的size，并判断是否为0if ((size = elementData.length) != 0) {// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)// 这句话意思是：c.toArray 可能不会返回 Object[]，可以查看 java 官方编号为 6260652 的 bugif (elementData.getClass() != Object[].class)// 若 c.toArray() 返回的数组类型不是 Object[]，则利用 Arrays.copyOf(); 来构造一个大小为 size 的 Object[] 数组elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);} else {// 替换空数组this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;}}

类方法

    /*** 将数组缓冲区大小调整到实际 ArrayList 存储元素的大小，即 elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);* - 该方法由用户手动调用，以减少空间资源浪费的目的 ce.*/public void trimToSize() {// modCount 是 AbstractList 的属性值：protected transient int modCount = 0;// [问] modCount 有什么用？modCount++;// 当实际大小 < 数组缓冲区大小时// 如调用默认构造函数后，刚添加一个元素，此时 elementData.length = 10，而 size = 1// 通过这一步，可以使得空间得到有效利用，而不会出现资源浪费的情况if (size < elementData.length) {// 注意这里：这里的执行顺序不是 (elementData = (size == 0) ) ? EMPTY_ELEMENTDATA : Arrays.copyOf(elementData, size);// 而是：elementData = ((size == 0) ? EMPTY_ELEMENTDATA : Arrays.copyOf(elementData, size));// 这里是运算符优先级的语法// 调整数组缓冲区 elementData，变为实际存储大小 Arrays.copyOf(elementData, size)//先判断size是否为0，如果为0:实际存储为EMPTY_ELEMENTDATA,如果有数据就是Arrays.copyOf(elementData, size)elementData = (size == 0)? EMPTY_ELEMENTDATA: Arrays.copyOf(elementData, size);}}/*** 指定 ArrayList 的容量* @param   minCapacity   指定的最小容量*/public void ensureCapacity(int minCapacity) {// 最小扩充容量，默认是 10//这句就是：判断是不是空的ArrayList,如果是的最小扩充容量10，否则最小扩充量为0//上面无参构造函数创建后，当元素第一次被加入时，扩容至默认容量 10,就是靠这句代码int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)? 0: DEFAULT_CAPACITY;// 若用户指定的最小容量 > 最小扩充容量，则以用户指定的为准，否则还是 10if (minCapacity > minExpand) {ensureExplicitCapacity(minCapacity);}}/*** 私有方法：明确 ArrayList 的容量，提供给本类使用的方法* - 用于内部优化，保证空间资源不被浪费：尤其在 add() 方法添加时起效* @param minCapacity    指定的最小容量*/private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {// 若 elementData == {}，则取 minCapacity 为 默认容量和参数 minCapacity 之间的最大值// 注：ensureCapacity() 是提供给用户使用的方法，在 ArrayList 的实现中并没有使用if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {minCapacity= Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);}ensureExplicitCapacity(minCapacity);}/*** 私有方法：明确 ArrayList 的容量* - 用于内部优化，保证空间资源不被浪费：尤其在 add() 方法添加时起效* @param minCapacity    指定的最小容量*/private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {// 将“修改统计数”+1，该变量主要是用来实现fail-fast机制的modCount++;// 防止溢出代码：确保指定的最小容量 > 数组缓冲区当前的长度// overflow-conscious codeif (minCapacity - elementData.length > 0)grow(minCapacity);}/*** 数组缓冲区最大存储容量* - 一些 VM 会在一个数组中存储某些数据--->为什么要减去 8 的原因* - 尝试分配这个最大存储容量，可能会导致 OutOfMemoryError(当该值 > VM 的限制时)*/private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;/*** 私有方法：扩容，以确保 ArrayList 至少能存储 minCapacity 个元素* - 扩容计算：newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);  扩充当前容量的1.5倍* @param minCapacity    指定的最小容量*/private void grow(int minCapacity) {// 防止溢出代码int oldCapacity = elementData.length;// 运算符 >> 是带符号右移. 如 oldCapacity = 10,则 newCapacity = 10 + (10 >> 1) = 10 + 5 = 15int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);if (newCapacity - minCapacity < 0)  // 若 newCapacity 依旧小于 minCapacitynewCapacity = minCapacity;if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)   // 若 newCapacity 大于最大存储容量，则进行大容量分配newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);// minCapacity is usually close to size, so this is a win:elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);}/*** 私有方法：大容量分配，最大分配 Integer.MAX_VALUE* @param minCapacity*/private static int hugeCapacity(int minCapacity) {if (minCapacity < 0) // overflowthrow new OutOfMemoryError();return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?Integer.MAX_VALUE :MAX_ARRAY_SIZE;}/*** 返回ArrayList实际存储的元素数量*/public int size() {return size;}/*** ArrayList是否有元素*/public boolean isEmpty() {return size == 0;}/*** 是否包含o元素*/public boolean contains(Object o) {// 根据 indexOf() 的值(索引值)来判断，大于等于 0 就包含// 注意：等于 0 的情况不能漏，因为索引号是从 0 开始计数的return indexOf(o) >= 0;}/*** 顺序查找，返回元素的最低索引值(最首先出现的索引位置)* @return 存在？最低索引值：-1*/public int indexOf(Object o) {if (o == null) {for (int i = 0; i < size; i++)if (elementData[i]==null)return i;} else {for (int i = 0; i < size; i++)if (o.equals(elementData[i]))return i;}return -1;}/*** 逆序查找，返回元素的最低索引值(最首先出现的索引位置)* @return 存在？最低索引值：-1*/public int lastIndexOf(Object o) {if (o == null) {for (int i = size-1; i >= 0; i--)if (elementData[i]==null)return i;} else {for (int i = size-1; i >= 0; i--)if (o.equals(elementData[i]))return i;}return -1;}/*** 返回 ArrayList 的 Object 数组* - 包含 ArrayList 的所有储存元素* - 对返回的该数组进行操作，不会影响该 ArrayList（相当于分配了一个新的数组）==>该操作是安全的* - 元素存储顺序与 ArrayList 中的一致*/public Object[] toArray() {return Arrays.copyOf(elementData, size);}/*** 返回 ArrayList 元素组成的数组* @param a 需要存储 list 中元素的数组* 若 a.length >= list.size，则将 list 中的元素按顺序存入 a 中，然后 a[list.size] = null, a[list.size + 1] 及其后的元素依旧是 a 的元素* 否则，将返回包含list 所有元素且数组长度等于 list 中元素个数的数组* 注意：若 a 中本来存储有元素，则 a 会被 list 的元素覆盖，且 a[list.size] = null* @return* @throws ArrayStoreException 当 a.getClass() != list 中存储元素的类型时* @throws NullPointerException 当 a 为 null 时*/@SuppressWarnings("unchecked")public <T> T[] toArray(T[] a) {// 若数组a的大小 < ArrayList的元素个数,则新建一个T[]数组，// 数组大小是"ArrayList的元素个数",并将“ArrayList”全部拷贝到新数组中if (a.length < size)// Make a new array of a's runtime type, but my contents:return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());// 若数组a的大小 >= ArrayList的元素个数,则将ArrayList的全部元素都拷贝到数组a中。System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);if (a.length > size)a[size] = null;return a;}/*** 获取指定位置上的元素，从0开始*/public E get(int index) {rangeCheck(index);//检查是否越界return elementData(index);}/*** 设置 index 位置元素的值* @param index 索引值* @param element 需要存储在 index 位置的元素值* @return 替换前在 index 位置的元素值* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}*/public E set(int index, E element) {rangeCheck(index);//越界检查E oldValue = elementData(index);//获取旧数值elementData[index] = element;return oldValue;}/***增加指定的元素到ArrayList的最后位置* @param e 要添加的元素* @return*/public boolean add(E e) {// 确定ArrayList的容量大小---严谨// 注意：size + 1，保证资源空间不被浪费，// ☆☆☆按当前情况，保证要存多少个元素，就只分配多少空间资源ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!elementData[size++] = e;return true;}/****在这个ArrayList中的指定位置插入指定的元素，*  - 在指定位置插入新元素，原先在 index 位置的值往后移动一位* @param index 指定位置* @param element 指定元素* @throws IndexOutOfBoundsException*/public void add(int index, E element) {rangeCheckForAdd(index);//判断角标是否越界//看上面的，size+1，保证资源空间不浪费，按当前情况，保证要存多少元素，就只分配多少空间资源ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!//第一个是要复制的数组，第二个是从要复制的数组的第几个开始，// 第三个是复制到那，四个是复制到的数组第几个开始，最后一个是复制长度System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,size - index);elementData[index] = element;size++;}/*** 移除指定位置的元素* index 之后的所有元素依次左移一位* @param index 指定位置* @return 被移除的元素* @throws IndexOutOfBoundsException*/public E remove(int index) {rangeCheck(index);modCount++;E oldValue = elementData(index);int numMoved = size - index - 1;//要移动的长度if (numMoved > 0)System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,numMoved);// 将最后一个元素置空elementData[--size] = null;return oldValue;}/*** 移除list中指定的第一个元素(符合条件索引最低的)* 如果list中不包含这个元素，这个list不会改变* 如果包含这个元素，index 之后的所有元素依次左移一位* @param o 这个list中要被移除的元素* @return*/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;}/*** 快速删除第 index 个元素* 和public E remove(int index)相比* 私有方法，跳过检查，不返回被删除的值* @param index 要删除的脚标*/private void fastRemove(int index) {modCount++;//这个地方改变了modCount的值了int numMoved = size - index - 1;//移动的个数if (numMoved > 0)System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,numMoved);elementData[--size] = null; //将最后一个元素清除}/*** 移除list中的所有元素，这个list表将在调用之后置空* - 它会将数组缓冲区所以元素置为 null* - 清空后，我们直接打印 list，却只会看见一个 [], 而不是 [null, null, ….] ==> toString() 和 迭代器进行了处理*/public void clear() {modCount++;// clear to let GC do its workfor (int i = 0; i < size; i++)elementData[i] = null;size = 0;}/*** 将一个集合的所有元素顺序添加（追加）到 lits 末尾* - ArrayList 是线程不安全的。* - 该方法没有加锁，当一个线程正在将 c 中的元素加入 list 中，但同时有另一个线程在更改 c 中的元素，可能会有问题* @param c  要追加的集合* @return <tt>true</tt> ？ list 元素个数有改变时，成功：失败* @throws NullPointerException 当 c 为 null 时*/public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {Object[] a = c.toArray();int numNew = a.length;//要添加元素的个数ensureCapacityInternal(size + numNew);  //扩容System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);size += numNew;return numNew != 0;}/*** 从 List 中指定位置开始插入指定集合的所有元素,* -list中原来位置的元素向后移* - 并不会覆盖掉在 index 位置原有的值* - 类似于 insert 操作，在 index 处插入 c.length 个元素（原来在此处的 n 个元素依次右移）* @param index 插入指定集合的索引* @param c 要添加的集合* @return ？ list 元素个数有改变时，成功：失败* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}* @throws NullPointerException if the specified collection is null*/public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {rangeCheckForAdd(index);Object[] a = c.toArray();//是将list直接转为Object[] 数组int numNew = a.length;  //要添加集合的元素数量ensureCapacityInternal(size + numNew);  // 扩容int numMoved = size - index;//list中要移动的数量if (numMoved > 0)System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,numMoved);System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);size += numNew;return numNew != 0;}/*** 移除list中指定集合包含的所有元素* @param c 要从list中移除的指定集合* @return {@code true} if this list changed as a result of the call* @throws ClassCastException 如果list中的一个元素的类和指定集合不兼容* (<a href="Collection.html#optional-restrictions">optional</a>)* @throws NullPointerException  如果list中包含一个空元素，而指定集合中不允许有空元素*/public boolean removeAll(Collection<?> c) {Objects.requireNonNull(c);//判断集合是否为空，如果为空报NullPointerException//批量移除c集合的元素，第二个参数：是否采补集return batchRemove(c, false);}/*** 返回从指定索引开始到结束的带有元素的list迭代器*/public ListIterator<E> listIterator(int index) {if (index < 0 || index > size)throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);return new ListItr(index);}/*** 返回从0索引开始到结束的带有元素的list迭代器*/public ListIterator<E> listIterator() {return new ListItr(0);}/*** 以一种合适的排序返回一个iterator到元素的结尾*/public Iterator<E> iterator() {return new Itr();}/*** Itr是AbstractList.Itr的优化版本* 为什么会报ConcurrentModificationException异常?* 1. Iterator 是工作在一个独立的线程中，并且拥有一个 mutex 锁。* 2. Iterator 被创建之后会建立一个指向原来对象的单链索引表，当原来的对象数量发生变化时，* 这个索引表的内容不会同步改变，所以当索引指针往后移动的时候就找不到要迭代的对象，* 3. 所以按照 fail-fast 原则 Iterator 会马上抛出 java.util.ConcurrentModificationException 异常。* 4. 所以 Iterator 在工作的时候是不允许被迭代的对象被改变的。* 但你可以使用 Iterator 本身的方法 remove() 来删除对象，* 5. Iterator.remove() 方法会在删除当前迭代对象的同时维护索引的一致性。*/private class Itr implements Iterator<E> {int cursor;       // 下一个元素返回的索引int lastRet = -1; // 最后一个元素返回的索引  -1 if no suchint expectedModCount = modCount;/*** 是否有下一个元素*/public boolean hasNext() {return cursor != size;}/*** 返回list中的值*/@SuppressWarnings("unchecked")public E next() {checkForComodification();int i = cursor;//i当前元素的索引if (i >= size)//第一次检查：角标是否越界越界throw new NoSuchElementException();Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;if (i >= elementData.length)//第二次检查,list集合中数量是否发生变化throw new ConcurrentModificationException();cursor = i + 1; //cursor 下一个元素的索引return (E) elementData[lastRet = i];//最后一个元素返回的索引}/*** 移除集合中的元素*/public void remove() {if (lastRet < 0)throw new IllegalStateException();checkForComodification();try {//移除list中的元素ArrayList.this.remove(lastRet);//由于cursor比lastRet大1，所有这行代码是指指针往回移动一位cursor = lastRet;//将最后一个元素返回的索引重置为-1lastRet = -1;//重新设置了expectedModCount的值，避免了ConcurrentModificationException的产生expectedModCount = modCount;} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {throw new ConcurrentModificationException();}}/*** jdk 1.8中使用的方法* 将list中的所有元素都给了consumer，可以使用这个方法来取出元素*/@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 trafficcursor = i;lastRet = i - 1;checkForComodification();}/*** 检查modCount是否等于expectedModCount* 在 迭代时list集合的元素数量发生变化时会造成这两个值不相等*/final void checkForComodification() {//当expectedModCount和modCount不相等时，就抛出ConcurrentModificationExceptionif (modCount != expectedModCount)throw new ConcurrentModificationException();}}/*** AbstractList.ListItr 的优化版本* ListIterator 与普通的 Iterator 的区别：* - 它可以进行双向移动，而普通的迭代器只能单向移动* - 它可以添加元素(有 add() 方法)，而后者不行*/private class ListItr extends Itr implements ListIterator<E> {ListItr(int index) {super();cursor = index;}/*** 是否有前一个元素*/public boolean hasPrevious() {return cursor != 0;}/*** 获取下一个元素的索引*/public int nextIndex() {return cursor;}/*** 获取 cursor 前一个元素的索引* - 是 cursor 前一个，而不是当前元素前一个的索引。* - 若调用 next() 后马上调用该方法，则返回的是当前元素的索引。* - 若调用 next() 后想获取当前元素前一个元素的索引，需要连续调用两次该方法。*/public int previousIndex() {return cursor - 1;}/*** 返回 cursor 前一元素*/@SuppressWarnings("unchecked")public E previous() {checkForComodification();int i = cursor - 1;if (i < 0)//第一次检查：索引是否越界throw new NoSuchElementException();Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;if (i >= elementData.length)//第二次检查throw new ConcurrentModificationException();cursor = i;//cursor回移return (E) elementData[lastRet = i];//返回 cursor 前一元素}/*** 将数组的最后一个元素,设置成元素e*/public void set(E e) {if (lastRet < 0)throw new IllegalStateException();checkForComodification();try {//将数组最后一个元素，设置成元素eArrayList.this.set(lastRet, e);} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {throw new ConcurrentModificationException();}}/*** 添加元素*/public void add(E e) {checkForComodification();try {int i = cursor;//当前元素的索引后移一位ArrayList.this.add(i, e);//在i位置上添加元素ecursor = i + 1;//cursor后移一位lastRet = -1;expectedModCount = modCount;} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {throw new ConcurrentModificationException();}}}