Java集合源码系列（1）---- ArrayList详解
目录
属性
构造函数
无参构造函数
含参构造（int initialCapacity）
含参构造（Collection c）
add方法
add(E e)
add(int index, E element)
addAll
addAll(Collection c)
addAll(int index, Collection c)
get函数
set函数
remove函数
remove(int index)
remove(Object o)
clear函数
缩容函数--trimToSize
扒开源码，我们首先看到的就是ArrayList类继承关系
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable继承 AbstractList<E> 抽象类，实现了List接口，支持随机访问，实现 Cloneable，Serializable 支持克隆和序列化功能。接下来我们从源码角度逐一分析：
属性
// 默认容量大小 10 private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;// 空的共享数组，和DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA区别是知道元素添加后如何扩容private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};// 空的共享数组private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};// 不参与序列化的elementData数组来存放ArrayList元素transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access// 数组元素个数private int size;构造函数
无参构造函数
public ArrayList() {this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;}构造一个初始容量为10的空数组列表，即当我们默认不提供参数new一个ArrayList数组时，源码底层会默认按照10的长度空数组 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 给我们实例化。有人也许有疑问，DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 没有指定数值，为什么说初始化一个长度为10呢？后面我们分析 add() 函数会详细解释。
含参构造（int initialCapacity）
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);}}指定容量的构造函数，首先判断容量大小，对于initialCapacity 大于0情况，new一个指定容量大小的数组赋值给elementData数组；当initialCapacity等于0用空的常量数组来实例化elementData数组；小于0，直接抛出异常。
含参构造（Collection<? extends E> c）
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;}}将容器Collection转化为数组赋给数组elementData，还对Collection转化是否转化为了Object[]进行了检查判断。如果Collection为空，则就将空的常量数组对象EMPTY_ELEMENTDATA赋给了elementData；
add方法
add(E e)
public boolean add(E e) {//确保容量够大ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!elementData[size++] = e;return true;}首先检查容量是否够大，然后将元素添加到数组末尾，数组size +1。
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));}//得到最小扩容量private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {// 获取默认的容量和传入参数的较大值return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);}return minCapacity;}//判断是否需要扩容private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {modCount++;// overflow-conscious codeif (minCapacity - elementData.length > 0)//调用grow方法进行扩容，调用此方法代表已经开始扩容了grow(minCapacity);}从源码可以看出，如果elementData==DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA，则就用默认容量10来进行开辟空间。这里的源码就解释了DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA数组和EMPTY_ELEMENTDATA数组的区别之所在。也给出了当我们用无参构造函数来实例化一个对象时，确实是构造的一个长度为10的数组对象。
扩容函数-grow
//ArrayList扩容的核心方法。private void grow(int minCapacity) {//oldCapacity为旧容量，newCapacity为新容量int oldCapacity = elementData.length;//将oldCapacity 右移一位，其效果相当于oldCapacity /2，//我们知道位运算的速度远远快于整除运算，整句运算式的结果就是将新容量更新为旧容量的1.5倍，int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);/*下面两个if的作用为处理两种情况：1）第一种情况为：如果newCapacity扩展的过小。则应该至少扩张到所需的空间大小minCapacity2）第二种情况为：newCapacity扩张的过大，如果过大，则用Integer.MAX_VALUE来代替。*/if (newCapacity - minCapacity < 0)newCapacity = minCapacity;if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);// minCapacity is usually close to size, so this is a win:elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);}此函数的功能就是一个数组的扩张。一般情况下是扩展到原来数组长度的1.5倍。
但是，由于扩张1.5倍可能和我们的需要不一致，即可能太小，也可能太大。因此，就有了源码中的两个if条件的处理。即如果扩张1.5倍太小，则就用我们需要的空间大小minCapacity来进行扩张。如果扩张1.5倍太大或者是我们所需的空间大小minCapacity太大，则进Integer.MAX_VALUE来进行扩张。
从上面 grow() 方法源码我们知道： 如果新容量大于 MAX_ARRAY_SIZE,进入(执行) hugeCapacity() 方法来比较 minCapacity 和 MAX_ARRAY_SIZE，如果minCapacity大于最大容量，则新容量则为Integer.MAX_VALUE，否则，新容量大小则为 MAX_ARRAY_SIZE 即为 Integer.MAX_VALUE - 8。
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {if (minCapacity < 0) // overflowthrow new OutOfMemoryError();//对minCapacity和MAX_ARRAY_SIZE进行比较//若minCapacity大，将Integer.MAX_VALUE作为新数组的大小//若MAX_ARRAY_SIZE大，将MAX_ARRAY_SIZE作为新数组的大小//MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?Integer.MAX_VALUE :MAX_ARRAY_SIZE;}add(int index, E element)
在指定索引位置，添加元素。
public void add(int index, E element) {//检查索引是否合法rangeCheckForAdd(index);//确保容量大小ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!//arraycopy()方法实现数组自己复制自己//elementData:源数组;index:源数组中的起始位置;elementData：目标数组；index + 1：目标数组中的起始位置； size - index：要复制的数组元素的数量；System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,size - index);elementData[index] = element;size++;}addAll
addAll(Collection<? extends E> c)
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {Object[] a = c.toArray();int numNew = a.length;ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCount//将a中的所有元素拷贝到数组elementData最后一个元素的后面System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);size += numNew;return numNew != 0;}addAll(int index, Collection<? extends E> c)
在指定的位置添加集合元素
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {//检查下标是否合法rangeCheckForAdd(index);Object[] a = c.toArray();int numNew = a.length;//检测容量是否够ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCountint numMoved = size - index;//是否在尾部添加if (numMoved > 0)System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,numMoved);System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);size += numNew;return numNew != 0;}get函数
public E get(int index) {//检测下标是否合法rangeCheck(index);return elementData(index);}set函数
这个是改变ArrayList对象中某个位置元素的值的大小。
public E set(int index, E element) {//检测下标是否合法rangeCheck(index);//获取旧值E oldValue = elementData(index);elementData[index] = element;return oldValue;}remove函数
remove(int index)
删除指定索引位置元素，自身拷贝(即将数组从index+1位置开始到末尾的元素拷贝到从index开始处)
public E remove(int index) {//检测下标是否合法rangeCheck(index);modCount++;E oldValue = elementData(index);int numMoved = size - index - 1;//是否是尾部删除if (numMoved > 0)System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,numMoved);elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work//返回删除的元素值return oldValue;}remove(Object o)
删除指定值的元素
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;}从源码中可以看到，无论是指定对象o是否为null，都是在ArrayList中找到与此第一个相等的元素的位置，然后调用fastRemove(index)来进行移除；如果没有找打指定对象o的位置，则返回false，表示没有移除成功。
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和fastRemove唯一的区别是fastRemove函数没有对index进行有效性检查，以及没有返回移除的旧值，为什么不返回呢？这是因为remove(Object o)给出的就是要删除的值，因此不返回旧值是非常正常的。
clear函数
清除所有元素值，直接将数组中的所有元素设置为null即可，这样便于垃圾回收。
public void clear() {modCount++;// clear to let GC do its workfor (int i = 0; i < size; i++)elementData[i] = null;size = 0;}缩容函数--trimToSize
将数组元素的大小缩减到实际size，通过判断size是否小于elementData大小，如果是则将elementData赋值给实际的大小数组。
public void trimToSize() {modCount++;if (size < elementData.length) {elementData = (size == 0)? EMPTY_ELEMENTDATA: Arrays.copyOf(elementData, size);}}接下来我们通过一个demo说明一下
public static void main(String[] args) {ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<>();for (int i = 0; i < 10; i++) {arrayList.add(i);}System.out.println(getNum(arrayList));//10arrayList.add(11);System.out.println(getNum(arrayList));//15arrayList.trimToSize();System.out.println(getNum(arrayList));//11} //获取elementData数组长度public static int getNum(List arrayList){Class clazz = arrayList.getClass();try {Field field = clazz.getDeclaredField("elementData");field.setAccessible(true);Object[] l = (Object[]) field.get(arrayList);return l.length;} catch (NoSuchFieldException | IllegalAccessException e) {e.printStackTrace();}return -1;}通过添加10个元素后，再添加1个元素，再调用缩容函数打印实际的elementData的长度，发现结果即是吧ArrayList缩减到实际长度。
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