ArrayList集合源码解析
- 所有集合类都位于java.util包下。Java的集合类主要由两个接口派生而出：Collection和Map，Collection和Map是Java集合框架的根接口，这两个接口又包含了一些子接口或实现类
今天我们了解下List 接口
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List集合代表一个有序集合，集合中每个元素都有其对应的顺序索引。List集合允许使用重复元素，可以通过索引来访问指定位置的集合元素。
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List接口继承于Collection接口，它可以定义一个允许重复的有序集合。因为List中的元素是有序的，所以我们可以通过使用索引（元素在List中的位置，类似于数组下标）来访问List中的元素，这类似于Java的数组。
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List接口为Collection直接接口。List所代表的是有序的Collection，即它用某种特定的插入顺序来维护元素顺序。用户可以对列表中每个元素的插入位置进行精确地控制，同时可以根据元素的整数索引（在列表中的位置）访问元素，并搜索列表中的元素。
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实现List接口的集合主要有：ArrayList、LinkedList、Vector、Stack。
ArrayList底层实现原理
ArrayList 底层基于数组实现的
/**
* The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored.
* The capacity of the ArrayList is the length of this array buffer. Any
* empty ArrayList with elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
* will be expanded to DEFAULT_CAPACITY when the first element is added.
*/
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
类中的属性：
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
/**
* 版本号
*/
private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
/**
* 初始化长度
*/
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
/**
* 空数组
*/
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
* 空实例的共享空数组
*/
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
* 元素数组
*/
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
/**
* 长度 默认为0
* @serial
*/
private int size;
}构造解析：
/**
* 构造具有指定初始容量的空列表。
*/
public ArrayList(int initialCapacity) {
//初始容量 大于0则 elementData 如上设置成 定长数组
if (initialCapacity > 0) {
this.elementData = new Object[initialCapacity];
// 如果等于 0 则默认空数组
} else if (initialCapacity == 0) {
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
//如果为负数 抛出异常 java.lang.IllegalArgumentException: Illegal Capacity: -1
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
} /**
* 构造一个初始容量为10的空列表。如何分配10 下面介绍
*/
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}/**
* 构造一个包含指定元素的列表
*/
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
// 是将c直接转为Object[] 数组 赋值给elementData
elementData = c.toArray();
//如果 elementData 等于0的情况初始化空数组
if ((size = elementData.length) != 0) {
// 每个集合的toarray()的实现方法不一样，所以需要判断一下，如果不是Object[].class类型，那么久需要使用ArrayList中的方法去改造一下。
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
// replace with empty array.
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}核心方法：
add(E e)
/**
* 将指定的元素追加到此列表的末尾。
*/
public boolean add(E e) {
// 确定内部容量的方法
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}// 确定内部容量的方法
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
//因为数组如果是空的话，minCapacity=size+1；其实就是等于1，空的数组没有长度就存放不了，所以就将minCapacity变成10，也就是默认大小，
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
return minCapacity;
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
//如上所诉，因为数组如果是空的话，minCapacity=size+1；其实就是等于1，空的数组没有长度就存放不了，所以就将minCapacity变成10,第二次 elementData不是空数组了，也就是minCapacity代表着elementData中增加之后的实际数据个数，拿着它判断elementData的length是否够用，如果length不够用，那么肯定要扩大容量，不然增加的这个元素就会溢出。
//好比我第一次进来我是需要10哥容量，你给我0个 我需要扩容
if (minCapacity - elementData.length > 0)
//arrayList能自动扩展大小的关键方法就在这里了
grow(minCapacity);
}
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length; //获取扩容前elementData的长度
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); //新数组的大小=老数组大小+老数组大小的一半 相当于1.5倍
// 判断上面的扩容之后的大小newCapacity是否够装minCapacity个元素，不够就将数组长度设置为需要的长度
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
//判断新数组容量是否大于最大值 如果新数组容量比最大值(Integer.MAX_VALUE - 8)还大,那么交给hugeCapacity()去处理
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
//copy数组，扩容机制的核心
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
//判断是否抛异常 取最大值还是最大值-8
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}
void add(int，E)
/**
* 在特定位置添加元素，也就是插入元素
*/
public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index);
//跟上面的分析一样
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
//这个方法就是用来在插入元素之后，要将index之后的元素都往后移一位，
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
//在目标位置上存放元素
elementData[index] = element;
size++;
}//校验下标合理 插入的位置肯定不能大于size 和小于0
//如果是，就报这个越界异常
private void rangeCheckForAdd(int index) {
if (index > size || index < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}断点举例：
无参构造
public static void main(String[] args) {
List arrayList = new ArrayList();
arrayList.add("13");
}
第二次
remove(int index)
// 通过删除指定位置上的元素
public E remove(int index) {
rangeCheck(index);
modCount++;
//通过索引直接找到该元素
E oldValue = elementData(index);
//计算要移动的位数。
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
// 用来移动元素
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
//将--size上的位置赋值为null，让gc(垃圾回收机制)更快的回收它。
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
return oldValue;
}remove(int index)
// 通过删除指定位置上的元素
public E remove(int index) {
rangeCheck(index);
modCount++;
//通过索引直接找到该元素
E oldValue = elementData(index);
//计算要移动的位数。
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
// 用来移动元素
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
//将--size上的位置赋值为null，让gc(垃圾回收机制)更快的回收它。
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
return oldValue;
}remove(Object o)
//通过遍历元素删除，通过(o == null) 发现arrayList是可以存放null值得。
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;
}removeAll(Collection<?> c)
public boolean removeAll(Collection<?> c) {
Objects.requireNonNull(c);
return batchRemove(c, false);
}//这个方法，用于两处地方，如果complement为false，则用于removeAll如果为true，则给retainAll()用，retainAll（）是用来检测两个集合是否有交集的。
private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement) {
final Object[] elementData = this.elementData; //将原集合，记名为A
int r = 0, w = 0; //r用来控制循环，w是记录有多少个交集
boolean modified = false;
try {
for (; r < size; r++)
//参数中的集合C一次检测集合A中的元素是否有，
if (c.contains(elementData[r]) == complement)
//有的话，就给集合A
elementData[w++] = elementData[r];
} finally {
// Preserve behavioral compatibility with AbstractCollection,
// even if c.contains() throws.
//如果contains方法使用过程报异常
if (r != size) {
//将剩下的元素都赋值给集合A，
System.arraycopy(elementData, r,
elementData, w,
size - r);
w += size - r;
}
if (w != size) {
//这里有两个用途，在removeAll()时，w一直为0，就直接跟clear一样，全是为null。
//retainAll()：没有一个交集返回true，有交集但不全交也返回true，而两个集合相等的时候，返回false，所以不能根据返回值来确认两个集合是否有交集，而是通过原集合的大小是否发生改变来判断，如果原集合中还有元素，则代表有交集，而元集合没有元素了，说明两个集合没有交集。
// clear to let GC do its work
for (int i = w; i < size; i++)
elementData[i] = null;
modCount += size - w;
size = w;
modified = true;
}
}
return modified;
}clear()：
//将elementData中每个元素都赋值为null，等待垃圾回收将这个给回收掉，所以叫clear
public void clear() {
modCount++;
// clear to let GC do its work
for (int i = 0; i < size; i++)
elementData[i] = null;
size = 0;
}get(int index)
public E get(int index) {
// 检验索引是否合法
rangeCheck(index);
return elementData(index);
}set()
public E set(int index, E element) {
// 检验索引是否合法
rangeCheck(index);
// 旧值
E oldValue = elementData(index);
// 赋新值
elementData[index] = element;
// 返回旧值
return oldValue;
}indexOf()方法
public int indexOf(Object o) {
if (o == null) { //查找元素为空
for (int i = 0; i < size; i++) //循环，找到null返回
if (elementData[i]==null)
return i;
} else {
for (int i = 0; i < size; i++) // 遍历数组，找到第一个和指定元素相等的元素，返回下标
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
return -1;
}