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1. ArrayList 继承体系
ArrayList 又称动态数组，底层是基于数组实现的List，与数组的区别在于，其具备动态扩展能力。从继承体系图中可看出ArrayList：
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable { ... }
实现了List, RandomAccess， Cloneable， java.io.Serializable等接口
实现了List，具备基础的添加、删除、遍历等操作
实现了RandomAccess，具备随机访问的能力
实现了Cloneable，可以被克隆(浅拷贝) list.clone()
实现了Serializable，可以被序列化
2. ArrayList 实现Cloneable，RandomAccess，Serializable接口
实现Cloneable接口，可以被浅拷贝
/** * Returns a shallow copy of this <tt>ArrayList</tt> instance. (The * elements themselves are not copied.) * 返回此<tt> ArrayList </ tt>实例的拷贝副本。 （元素本身不会被复制。） * * @return a clone of this <tt>ArrayList</tt> instance */ public Object clone() { try { ArrayList<?> v = (ArrayList<?>) super.clone(); // 拷贝 v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size); v.modCount = 0; return v; } catch (CloneNotSupportedException e) { // this shouldn't happen, since we are Cloneable throw new InternalError(e); } }
在java语言中，对象实现 Cloneable 接口时，能够对其进行深拷贝和浅拷贝，这里简述下，深拷贝和浅拷贝的区别：
首先创建一个User类：
/** * @Auther: csp1999 * @Date: 2020/10/28/15:51 * @Description: */ public class User { private String name;// user名称 public String getName() {return name;} public void setName(String name) {this.name = name; } public User(String name) { this.name = name;} public User() {} @Override public String toString() { return "User{" + "name='" + name + '\'' + '}'; } }
下面来看浅拷贝实例：
@Test public void test02() { /** * 简单演示ArrayList 浅拷贝: */ ArrayList list = new ArrayList(); //User 对象实例化 User user = new User("csp"); list.add("abc");// list添加简单字符类型 list.add(user);// list添加对象类型 System.out.println("------------原始ArrayList集合------------"); System.out.println("list:"+list); // 浅拷贝 ArrayList clone = (ArrayList) list.clone(); System.out.println("------------浅拷贝后得到的新ArrayList集合------------"); System.out.println("二者地址是否相同：" + (list == clone)); System.out.println("------------未修改list中的User属性之前------------"); System.out.println("clone:"+clone); System.out.println("------------当修改list中的User属性之后------------"); User u = (User) list.get(1); u.setName("csp1999"); System.out.println("clone:"+clone); System.out.println("clone中的user对象和原始list中的user对象地址是否相同："+(list.get(1)==clone.get(1))); }
输出结果：
------------原始ArrayList集合------------ list:[abc, User{name='csp'}] ------------浅拷贝后得到的新ArrayList集合------------ 二者地址是否相同：false ------------未修改list中的User属性之前------------ clone:[abc, User{name='csp'}] ------------当修改list中的User属性之后------------ clone:[abc, User{name='csp1999'}] clone中的user对象和原始list中的user对象地址是否相同：true
由结果可得出结论：
当最初的list 集合被克隆之后，实际上是产生了一个新的ArrayList对象，二者地址引用不相同
当从list集合中获取到user对象并修改其属性之后，clone集合中的user属性也对应发生了改变，这就说明，clone在复制list集合时，对复杂的对象类型数据元素，只是拷贝了其地址引用，并未对其进行新建对象
因此，执行list.get(1)==clone.get(1))代码的时候，二者存储的user是同一个user对象，地址和数据均相同
而如果进行深拷贝时，就会在list被克隆新创建克隆对象时，对其存储的复杂对象类型也进行对象新创建，复杂对象类型数据获得新的地址引用，而不是像浅拷贝那样，仅仅拷贝了复杂对象类型的地址引用。
实现RandomAccess接口，可以提高随机访问列表的效率
ArrayList 实现了RandomAccess接口，因此当执行随机访问列表的时候，效率要高于顺序访问列表的效率，我们来看一个例子：
@Test public void test03() { ArrayList arrayList = new ArrayList(); for (int i=0;i<=99999;i++){// 集合中添加十万条数据 arrayList.add(i); } // 测试随机访问的效率： long startTime = System.currentTimeMillis(); for (int i = 0; i < arrayList.size(); i++) {// 随机访问 // 从集合中访问每一个元素 arrayList.get(i); } long endTime = System.currentTimeMillis(); System.out.println("执行随机访问所用时间："+(endTime-startTime)); // 测试顺序访问的效率： startTime = System.currentTimeMillis(); Iterator it = arrayList.iterator();// 顺序访问，也可以使用增强for while (it.hasNext()){ // 从集合中访问每一个元素 it.next(); } endTime = System.currentTimeMillis(); System.out.println("执行顺序访问所用时间："+(endTime-startTime)); }
查看输出结果：
执行随机访问所用时间：1 执行顺序访问所用时间：3
可以看出实现RandomAccess接口的ArrayList 进行随机访问的效率高于进行顺序访问的效率。
作为对比我们再来看一下未实现RandomAccess接口的LinkedList集合，测试随机访问和顺序访问列表的效率对比：
@Test public void test04() { LinkedList linkedList = new LinkedList(); for (int i=0;i<=99999;i++){// 集合中添加十万条数据 linkedList.add(i); } // 测试随机访问的效率： long startTime = System.currentTimeMillis(); for (int i = 0; i < linkedList.size(); i++) {// 随机访问 // 从集合中访问每一个元素 linkedList.get(i); } long endTime = System.currentTimeMillis(); System.out.println("执行随机访问所用时间："+(endTime-startTime)); // 测试顺序访问的效率： startTime = System.currentTimeMillis(); Iterator it = linkedList.iterator();// 顺序访问，也可以使用增强for while (it.hasNext()){ // 从集合中访问每一个元素 it.next(); } endTime = System.currentTimeMillis(); System.out.println("执行顺序访问所用时间："+(endTime-startTime)); }
查看输出结果：
执行随机访问所用时间：4601 执行顺序访问所用时间：2
由结果可得出结论，没有实现RandomAccess接口的LinkedList集合，测试随机访问的效率远远低于顺序访问。
3. ArrayList 属性
/** * Default initial capacity. * 默认容量 */ private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; /** * Shared empty array instance used for empty instances. * 空数组，如果传入的容量为0时使用 */ private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {}; /** * Shared empty array instance used for default sized empty instances. * We distinguish this from EMPTY_ELEMENTDATA to know how much to inflate when first element is added. * 默认空容量的数组，长度为0，传入容量时使用，添加第一个元素的时候会重新初始为默认容量大小 */ private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}; /** * 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. * 集合中真正存储数据元素的数组容器 */ transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access /** * The size of the ArrayList (the number of elements it contains). * 集合中元素的个数 * @serial */ private int size;
DEFAULT_CAPACITY：集合的默认容量，默认为10，通过new ArrayList()创建List集合实例时的默认容量是10。
EMPTY_ELEMENTDATA：空数组，通过new ArrayList(0)创建List集合实例时用的是这个空数组。
DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA：默认容量空数组，这种是通过new ArrayList()无参构造方法创建集合时用的是这个空数组，与EMPTY_ELEMENTDATA的区别是在添加第一个元素时使用这个空数组的会初始化为DEFAULT_CAPACITY(10)个元素。
elementData：存储数据元素的数组，使用transient修饰，该字段不被序列化。
size：存储数据元素的个数，elementData数组的长度并不是存储数据元素的个数。
4. ArrayList 构造方法
ArrayList(int initialCapacity)有参构造方法
/** * Constructs an empty list with the specified initial capacity. * 构造具有指定初始容量的空数组 * * @param initialCapacity the initial capacity of the list 列表的初始容量 * @throws IllegalArgumentException if the specified initial capacity is negative * * 传入初始容量，如果大于0就初始化elementData为对应大小，如果等于0就使用EMPTY_ELEMENTDATA空数组， * 如果小于0抛出异常。 */ // ArrayList(int initialCapacity)构造方法 public ArrayList(int initialCapacity) { if (initialCapacity > 0) { this.elementData = new Object[initialCapacity]; } else if (initialCapacity == 0) { this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; } else { throw new IllegalArgumentException("不合理的初识容量: " + initialCapacity); } }
ArrayList()空参构造方法
/** * Constructs an empty list with an initial capacity of ten. * 构造一个初始容量为10的空数组 * * 不传初始容量，初始化为DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA空数组， * 会在添加第一个元素的时候扩容为默认的大小，即10。 */ public ArrayList() { this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA; }
ArrayList(Collection c)有参构造方法
/** * Constructs a list containing the elements of the specified * collection, in the order they are returned by the collection's * iterator. * 把传入集合的元素初始化到ArrayList中 * * @param c the collection whose elements are to be placed into this list * @throws NullPointerException if the specified collection is null */ public ArrayList(Collection<? extends E> c) { // 将构造方法中的集合参数转换成数组 elementData = c.toArray(); if ((size = elementData.length) != 0) { // 检查c.toArray()返回的是不是Object[]类型，如果不是，重新拷贝成Object[].class类型 if (elementData.getClass() != Object[].class) // 数组的创建与拷贝 elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class); } else { // 如果c是空的集合，则初始化为空数组EMPTY_ELEMENTDATA this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; } }
问题：为什么要检查检查c.toArray()返回的是不是Object[]类型，重新拷贝成Object[].class类型呢？
首先，我们都知道Object 是java中的超级父类，所有类都间接或者直接继承于Object，接着我们来看一个例子：
/** * @Auther: csp1999 * @Date: 2020/10/27/23:22 * @Description: */ public class ArrayListTest { class Father {} class Son extends Father {} class MyList extends ArrayList<String> { /** * 子类重写父类的方法,返回值可以不一样,但这里只能用数组类型， * 换成Object就不行,应该算是java本身的bug */ @Override public String[] toArray() { // 为了方便举例直接写死 return new String[]{"a", "b", "c"}; } } @Test public void test01() { Father[] fathers = new Son[]{}; // 打印结果为: class [Lcom.haust.test.ArrayListTest$Son; System.out.println(fathers.getClass()); List<String> strList = new MyList(); // 打印结果为: class [Ljava.lang.String; System.out.println(strList.toArray().getClass()); } }
5. ArrayList 相关操作方法
add(E e)添加元素到集合中
添加元素到末尾，平均时间复杂度为O(1)：
/** * Appends the specified element to the end of this list. * 添加元素到末尾，平均时间复杂度为O(1) * * @param e element to be appended to this list * @return <tt>true</tt> (as specified by {@link Collection#add}) */ public boolean add(E e) { // 每加入一个元素，minCapacity大小+1，并检查是否需要扩容 ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! // 把元素插入到最后一位 elementData[size++] = e; return true; } // 计算最小容量 private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) { // 如果是空数组DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { // 返回DEFAULT_CAPACITY 和 minCapacity的大一方 return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); } return minCapacity; } // 检查是否需要扩容 private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity)); } private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) { modCount++;// 数组结构被修改的次数+1 // overflow-conscious code 储存元素的数据长度小于需要的最小容量时 if (minCapacity - elementData.length > 0) // 扩容 grow(minCapacity); } /** * 扩容 * Increases the capacity to ensure that it can hold at lea * number of elements specified by the minimum capacity arg * 增加容量以确保它至少可以容纳最小容量参数指定的元素数量 * @param minCapacity the desired minimum capacity */ private void grow(int minCapacity) { // 原来的容量 int oldCapacity = elementData.length; // 新容量为旧容量的1.5倍 int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // 如果新容量发现比需要的容量还小，则以需要的容量为准 if (newCapacity - minCapacity < 0) newCapacity = minCapacity; // 如果新容量已经超过最大容量了，则使用最大容量 if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); // 以新容量拷贝出来一个新数组 elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); } // 使用最大容量 private static int hugeCapacity(int minCapacity) { if (minCapacity < 0) // overflow throw new OutOfMemoryError(); return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE; }
执行流程：
检查是否需要扩容；
如果elementData等于DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA则初始化容量大小为DEFAULT_CAPACITY；
新容量是老容量的1.5倍（oldCapacity + (oldCapacity >> 1)），如果加了这么多容量发现比需要的容量还小，则以需要的容量为准；
创建新容量的数组并把老数组拷贝到新数组；
add(int index, E element)添加元素到指定位置
添加元素到指定位置，平均时间复杂度为O(n)：
/** * Inserts the specified element at the specified position in this * list. Shifts the element currently at that position (if any) and * any subsequent elements to the right (adds one to their indices). * 添加元素到指定位置，平均时间复杂度为O(n)。 * * @param index 指定元素要插入的索引 * @param element 要插入的元素 * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc} */ public void add(int index, E element) { // 检查是否越界 rangeCheckForAdd(index); // 检查是否需要扩容 ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! // 将inex及其之后的元素往后挪一位，则index位置处就空出来了 // **进行了size-索引index次操作** System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index); // 将元素插入到index的位置 elementData[index] = element; // 元素数量增1 size++; } /** * A version of rangeCheck used by add and addAll. * add和addAll方法使用的rangeCheck版本 */ // 检查是否越界 private void rangeCheckForAdd(int index) { if (index > size || index < 0) throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index)); }
执行流程：
- 检查索引是否越界；
- 检查是否需要扩容；
- 把插入索引位置后的元素都往后挪一位；
- 在插入索引位置放置插入的元素；
- 元素数量增1；
addAll(Collection c)添加所有集合参数中的所有元素
求两个集合的并集：
/** * Appends all of the elements in the specified collection to the end of * this list, in the order that they are returned by the * specified collection's Iterator. The behavior of this operation is * undefined if the specified collection is modified while the operation * is in progress. (This implies that the behavior of this call is * undefined if the specified collection is this list, and this * list is nonempty.) * 将集合c中所有元素添加到当前ArrayList中 * * @param c collection containing elements to be added to this list * @return <tt>true</tt> if this list changed as a result of the call * @throws NullPointerException if the specified collection is null */ public boolean addAll(Collection<? extends E> c) { // 将集合c转为数组 Object[] a = c.toArray(); int numNew = a.length; // 检查是否需要扩容 ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCount // 将c中元素全部拷贝到数组的最后 System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew); // 集合中元素的大小增加c的大小 size += numNew; // 如果c不为空就返回true，否则返回false return numNew != 0; }
执行流程：
- 拷贝c中的元素到数组a中；
- 检查是否需要扩容；
- 把数组a中的元素拷贝到elementData的尾部；
get(int index)获取指定索引位置的元素
获取指定索引位置的元素，时间复杂度为O(1)。
/** * Returns the element at the specified position in this list. * * @param index index of the element to return * @return the element at the specified position in this list * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc} */ public E get(int index) { // 检查是否越界 rangeCheck(index); // 返回数组index位置的元素 return elementData(index); } /** * Checks if the given index is in range. If not, throws an appropriate * runtime exception. This method does *not* check if the index is * negative: It is always used immediately prior to an array access, * which throws an ArrayIndexOutOfBoundsException if index is negative. * 检查给定的索引是否在集合有效元素数量范围内 */ private void rangeCheck(int index) { if (index >= size) throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index)); } @SuppressWarnings("unchecked") E elementData(int index) { return (E) elementData[index]; }
执行流程：
检查索引是否越界，这里只检查是否越上界，如果越上界抛出IndexOutOfBoundsException异常，如果越下界抛出的是ArrayIndexOutOfBoundsException异常。
返回索引位置处的元素；
remove(int index)删除指定索引位置的元素
删除指定索引位置的元素，时间复杂度为O(n)。
/** * Removes the element at the specified position in this list. * Shifts any subsequent elements to the left (subtracts one from their * indices). * 删除指定索引位置的元素，时间复杂度为O(n)。 * * @param index the index of the element to be removed * @return the element that was removed from the list * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc} */ public E remove(int index) { // 检查是否越界 rangeCheck(index); // 集合底层数组结构修改次数+1 modCount++; // 获取index位置的元素 E oldValue = elementData(index); int numMoved = size - index - 1; // 如果index不是最后一位，则将index之后的元素往前挪一位 if (numMoved > 0) // **进行了size-索引index-1次操作** System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index, numMoved); // 将最后一个元素删除，帮助GC elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work // 返回旧值 return oldValue; }
执行流程：
检查索引是否越界；
获取指定索引位置的元素；
如果删除的不是最后一位，则其它元素往前移一位；
将最后一位置为null，方便GC回收；
返回删除的元素。
注意：从源码中得出，ArrayList删除元素的时候并没有缩容。
remove(Object o)删除指定元素值的元素
删除指定元素值的元素，时间复杂度为O(n)。
/** * Removes the first occurrence of the specified element from this list, * if it is present. If the list does not contain the element, it is * unchanged. More formally, removes the element with the lowest index * <tt>i</tt> such that * <tt>(o==null ? get(i)==null : o.equals(get(i)))</tt> * (if such an element exists). Returns <tt>true</tt> if this list * contained the specified element (or equivalently, if this list * changed as a result of the call). * 删除指定元素值的元素，时间复杂度为O(n)。 * * @param o element to be removed from this list, if present * 要从此列表中删除的元素（如果存在的话） * @return <tt>true</tt> if this list contained the specified element */ public boolean remove(Object o) { if (o == null) { // 遍历整个数组，找到元素第一次出现的位置，并将其快速删除 for (int index = 0; index < size; index++) // 如果要删除的元素为null，则以null进行比较，使用== if (elementData[index] == null) { fastRemove(index); return true; } } else { // 遍历整个数组，找到元素第一次出现的位置，并将其快速删除 for (int index = 0; index < size; index++) // 如果要删除的元素不为null，则进行比较，使用equals()方法 if (o.equals(elementData[index])) { fastRemove(index); return true; } } return false; } /* * Private remove method that skips bounds checking and does not * return the value removed. * 专用的remove方法，跳过边界检查，并且不返回删除的值。 */ private void fastRemove(int index) { // 少了一个越界的检查 modCount++; // 如果index不是最后一位，则将index之后的元素往前挪一位 int numMoved = size - index - 1; if (numMoved > 0) System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index, numMoved); // 将最后一个元素删除，帮助GC elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work }
执行流程：
- 找到第一个等于指定元素值的元素；
- 快速删除；
fastRemove(int index)相对于remove(int index)少了检查索引越界的操作，可见jdk将性能优化到极致。
retainAll(Collection c)求两个集合的交集
/** * 求两个集合的交集 * Retains only the elements in this list that are contained in the * specified collection. In other words, removes from this list all * of its elements that are not contained in the specified collection. * * @param c collection containing elements to be retained in this list * @return {@code true} if this list changed as a result of the call * @throws ClassCastException if the class of an element of this list * is incompatible with the specified collection * (<a href="Collection.html#optional-restrictions">opti * @throws NullPointerException if this list contains a null element and the * specified collection does not permit null elements * (<a href="Collection.html#optional-restrictions">opti * or if the specified collection is null * @see Collection#contains(Object) */ public boolean retainAll(Collection<?> c) { // 集合c不能为null Objects.requireNonNull(c); // 调用批量删除方法，这时complement传入true，表示删除不包含在c中的元素 return batchRemove(c, true); } /** * 批量删除元素 * complement为true表示删除c中不包含的元素 * complement为false表示删除c中包含的元素 * @param c * @param complement * @return */ private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement) { final Object[] elementData = this.elementData; /** * 使用读写两个指针同时遍历数组 * 读指针每次自增1，写指针放入元素的时候才加1 * 这样不需要额外的空间，只需要在原有的数组上操作就可以了 */ int r = 0, w = 0; boolean modified = false; try { // 遍历整个数组，如果c中包含该元素，则把该元素放到写指针的位置（以complement为准） for (; r < size; r++) if (c.contains(elementData[r]) == complement) elementData[w++] = elementData[r]; } finally { // 正常来说r最后是等于size的，除非c.contains()抛出了异常 if (r != size) { // 如果c.contains()抛出了异常，则把未读的元素都拷贝到写指针之后 System.arraycopy(elementData, r, elementData, w, size - r); w += size - r; } if (w != size) { // 将写指针之后的元素置为空，帮助GC for (int i = w; i < size; i++) elementData[i] = null; modCount += size - w; // 新大小等于写指针的位置（因为每写一次写指针就加1，所以新大小正好等于写指针的位置） size = w; modified = true; } } // 有修改返回true return modified; }
执行流程：
遍历elementData数组；
如果元素在c中，则把这个元素添加到elementData数组的w位置并将w位置往后移一位；
遍历完之后，w之前的元素都是两者共有的，w之后（包含）的元素不是两者共有的；
将w之后（包含）的元素置为null，方便GC回收；
removeAll(Collection c)求两个集合的单方向差集
求两个集合的单方向差集，只保留当前集合中不在c中的元素，不保留在c中不在当前集体中的元素。
/** * Removes from this list all of its elements that are contained in the * specified collection. * 从此集合中删除指定的集合中包含的所有元素。 * * @param c collection containing elements to be removed from this list * @return {@code true} if this list changed as a result of the call * @throws ClassCastException if the class of an element of this list * is incompatible with the specified collection * (<a href="Collection.html#optional-restrictions">optional</a>) * @throws NullPointerException if this list contains a null element and the * specified collection does not permit null elements * (<a href="Collection.html#optional-restrictions">optional</a>), * or if the specified collection is null * @see Collection#contains(Object) */ public boolean removeAll(Collection<?> c) { // 集合c不能为空 Objects.requireNonNull(c); // 同样调用批量删除方法，这时complement传入false，表示删除包含在c中的元素 return batchRemove(c, false); }
与retainAll(Collection c)方法类似，只是这里保留的是不在c中的元素。
6.扩展知识
ArrayList所使用的toString()方法分析：
我们都知道ArrayList集合是可以直接使用toStrin()方法的，那么我们来挖一下ArrayList的toString方法如何实现的：
在ArrayList源码中并没有直接的toString()方法，我们需要到其父类AbstractList的父类AbstractCollection中寻找：
/** * Returns a string representation of this collection. The string * representation consists of a list of the collection's elements in the * order they are returned by its iterator, enclosed in square brackets * (<tt>"[]"</tt>). Adjacent elements are separated by the characters * <tt>", "</tt> (comma and space). Elements are converted to strings as * by {@link String#valueOf(Object)}. * * @return a string representation of this collection */ public String toString() { Iterator<E> it = iterator();// 获取迭代器 if (! it.hasNext())//如果为空直接返回 return "[]"; // StringBuilder进行字符串拼接 StringBuilder sb = new StringBuilder(); sb.append('['); for (;;) {// 无限循环 == while(true) E e = it.next();// 迭代器 next方法取元素，并将光标后移 sb.append(e == this ? "(this Collection)" : e);// 三元判断 if (! it.hasNext()) return sb.append(']').toString();// 没有元素了，则拼接右括号 sb.append(',').append(' ');// 还有元素存在 } }
<br> ### 7. **总结** （1）ArrayList内部使用数组存储元素，当数组长度不够时进行扩容，每次加一半的空间，ArrayList不会进行缩容； （2）ArrayList支持随机访问，通过索引访问元素极快，时间复杂度为O(1)； （3）ArrayList添加元素到尾部极快，平均时间复杂度为O(1)； （4）ArrayList添加元素到中间比较慢，因为要搬移元素，平均时间复杂度为O(n)； （5）ArrayList从尾部删除元素极快，时间复杂度为O(1)； （6）ArrayList从中间删除元素比较慢，因为要搬移元素，平均时间复杂度为O(n)； （7）ArrayList支持求并集，调用addAll(Collection c)方法即可； （8）ArrayList支持求交集，调用retainAll(Collection c)方法即可； （7）ArrayList支持求单向差集，调用removeAll(Collection c)方法即可； <br> >答疑问题： **elementData设置成了transient，那ArrayList是怎么把元素序列化的呢**？ ```java /** * Save the state of the <tt>ArrayList</tt> instance to a stream (that * is, serialize it). * 将<tt> ArrayList </ tt>实例的状态保存到流中（即，对其进行序列化） * * @serialData The length of the array backing the <tt>ArrayList</tt> * instance is emitted (int), followed by all of its elements * (each an <tt>Object</tt>) in the proper order. */ private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws java.io.IOException { // 防止序列化期间有修改 int expectedModCount = modCount; // 写出非transient非static属性（会写出size属性） s.defaultWriteObject(); // 写出元素个数 s.writeInt(size); // 依次写出元素 for (int i = 0; i < size; i++) { s.writeObject(elementData[i]); } // 如果有修改，抛出异常 if (modCount != expectedModCount) { throw new ConcurrentModificationException(); } } /** * Reconstitute the <tt>ArrayList</tt> instance from a stream (that is, * deserialize it). * 从流中重构<tt> ArrayList </ tt>实例（即,反序列化） */ private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) throws java.io.IOException, ClassNotFoundException { // 声明为空数组 elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; // 读入非transient非static属性（会读取size属性） s.defaultReadObject(); // 读入元素个数，没什么用，只是因为写出的时候写了size属性，读的时候也要按顺序来读 s.readInt(); // ignored if (size > 0) { // 计算容量 int capacity = calculateCapacity(elementData, size); SharedSecrets.getJavaOISAccess().checkArray(s, Object[].class, capacity); // 检查是否需要扩容 ensureCapacityInternal(size); Object[] a = elementData; // 依次读取元素到数组中 for (int i = 0; i < size; i++) { a[i] = s.readObject(); } } }
查看writeObject()方法可知，先调用s.defaultWriteObject()方法，再把size写入到流中，再把元素一个一个的写入到流中。
一般地，只要实现了Serializable接口即可自动序列化，writeObject()和readObject()是为了自己控制序列化的方式，这两个方法必须声明为private，在java.io.ObjectStreamClass#getPrivateMethod()方法中通过反射获取到writeObject()这个方法。
在ArrayList的writeObject()方法中先调用了s.defaultWriteObject()方法，这个方法是写入非static非transient的属性，在ArrayList中也就是size属性。同样地，在readObject()方法中先调用了s.defaultReadObject()方法解析出了size属性。
elementData定义为transient的优势，自己根据size序列化真实的元素，而不是根据数组的长度序列化元素，减少了空间占用。
7.ArrayList相关面试题
7.1 ArrayList如何扩容？
第一次扩容10，以后每次都扩容原容量的1.5倍，扩容通过位运算右移动1位。
7.2 ArrayList 频繁扩容导致添加性能急剧下降，如何处理？
直接上代码：
@Test public void test06() { // ArrayList 频繁扩容导致添加性能急剧下降，如何处理？ // 案例如下： ArrayList arrayList = new ArrayList(); long startTime = System.currentTimeMillis(); // 添加100w条数据到集合中 for (int i = 0; i < 1000000; i++) { arrayList.add(i); } long endTime = System.currentTimeMillis(); System.out.println("优化之前，添加100万条数据用时：" + (endTime - startTime)); System.out.println("---------------下边是解决方案：------------------"); ArrayList arrayList2 = new ArrayList(1000000); startTime = System.currentTimeMillis(); // 添加100w条数据到集合中 for (int i = 0; i < 1000000; i++) { arrayList2.add(i); } endTime = System.currentTimeMillis(); System.out.println("优化之后，添加100万条数据用时：" + (endTime - startTime)); }
输出结果：
优化之前，添加10万条数据用时：58 ---------------下边是解决方案：------------------ 优化之后，添加10万条数据用时：13
以看出，如果在大量数据需要添加到集合中的时候，提前定义ArrayList集合的初始容量，从而不用花费大量时间在自动扩容上
7.3 ArrayList插入或删除元素是否一定比LinkedList慢？
从二者底层数据结构上来说：
ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构
LinkedList基于链表的数据结构。
效率对比：
首部插入：LinkedList首部插入数据很快，因为只需要修改插入元素前后节点的prev值和next值即可。ArrayList首部插入数据慢，因为数组复制的方式移位耗时多。
中间插入：LinkedList中间插入数据慢，因为遍历链表指针（二分查找）耗时多；ArrayList中间插入数据快，因为定位插入元素位置的速度快，移位操作的元素没那么多。
尾部插入：LinkedList尾部插入数据慢，因为遍历链表指针（二分查找）耗时多；ArrayList尾部插入数据快，为定位插入元素位置的速度快，插入后移位操作的数据量少；
总结：
在集合里面插入元素速度比对结果是：首部插入，LinkedList更快；中间和尾部插入，ArrayList更快；
在集合里面删除元素类似，首部删除，LinkedList更快；中间删除和尾部删除，ArrayList更快；
因此，数据量不大的集合，主要进行插入、删除操作，建议使用LinkedList；数据量大的集合，使用ArrayList就可以了，不仅查询速度快，并且插入和删除效率也相对较高。
7.4 ArrayList 是线程安全的吗？
答案肯定是否的，我们来看一个例子：
首先新建一个线程任务类：
/** * @Auther: csp1999 * @Date: 2020/10/29/18:25 * @Description: 线程任务类 */ public class CollectionTask implements Runnable { // 共享集合 private List<String> list; public CollectionTask(List<String> list){ this.list = list; } @Override public void run() { try { Thread.sleep(50); }catch (InterruptedException e){ e.printStackTrace(); } // 把当前线程名字加入到集合中 list.add(Thread.currentThread().getName()); } }
接下来进行测试：
/** * @Auther: csp1999 * @Date: 2020/10/29/18:28 * @Description: ArrayList 线程安全性测试类 */ public class Test01 { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { // 创建集合 List<String> list = new ArrayList<>(); // 创建线程任务 CollectionTask collectionTask = new CollectionTask(list); // 开启50条线程 for (int i = 0; i < 50; i++) { new Thread(collectionTask).start(); } // 确保子线程执行完毕 Thread.sleep(3000); /** * 如果ArrayList是线程安全的，则遍历集合可以得到50条数据， * 打印集合长度为50 * 否则说明其不是线程安全的！ */ // 遍历集合 for (int i = 0; i < list.size(); i++) { System.out.println(list.get(i)); } System.out.println("-------------------------------------"); System.out.println("集合长度："+list.size()); } }
测试结果：
null null null Thread-0 Thread-4 Thread-6 Thread-2 Thread-17 Thread-18 Thread-15 Thread-16 Thread-10 Thread-13 Thread-12 Thread-9 Thread-11 Thread-27 Thread-28 Thread-25 Thread-29 Thread-24 Thread-21 Thread-26 Thread-22 Thread-23 Thread-20 Thread-40 Thread-37 Thread-39 Thread-38 Thread-41 Thread-35 Thread-34 null Thread-31 Thread-33 Thread-32 Thread-49 Thread-46 Thread-47 Thread-48 Thread-43 Thread-42 Thread-45 Thread-44 ------------------------------------- 集合长度：45 Process finished with exit code 0
因此，得出结论，ArrayList并不是线程安全的集合！如果需要保证线程安全，建议使用Vector集合，其是线程安全的，但是相对于ArrayList来说，效率比较低。
而Vector相对于ArrayList之所以是线程安全的，就在于其add()为集合添加元素的方法：
// 可以看出Vector的add方法加上了synchronized 同步关键字 public synchronized void addElement(E obj) { modCount++; ensureCapacityHelper(elementCount + 1); elementData[elementCount++] = obj; }
除了Vector集合外，还可以使用为如下方式
List<String> list = new ArrayList<>(); List<String> synchronizedList = Collections.synchronizedList(list);
这样得到的synchronizedList也是线程安全的！
注意：什么情况下不用给ArrayList加同步锁呢？
第一，在单线程情况下不需要加锁，为效率问题考虑！
第二，当ArrayList作为局部变量的时候不需要加锁，因为局部变量属于某一线程，而我们上述例子中是吧ArrayList作为成员变量来使用，成员变量的集合是需要被所有线程共享的，这是需要加锁！
7.5 如何复制某个ArrayList到另外一个ArrayList中去呢？你能列举几种？
使用clone()方法，因为ArrayList实现了Cloneable接口，可以被克隆
使用ArrayList构造方法，ArrayList(Collection c)
使用addAll(Collection c)方法
自己写循环去一个一个add()
7.6 ArrayList如何做到并发修改，而不出现并发修改异常？
问题：已知成员变量集合存储N多用户名称，在多线程的环境下，使用迭代器在读取集合数据的同时，如何保证还可以正常的写入数据到集合？
新建一个线程任务类：
/** * @Auther: csp1999 * @Date: 2020/10/29/19:07 * @Description: 线程任务类，使用ArrayList在多线程环境下，修改集合数据， * 且不出现并发修改异常 */ public class CollectionThread implements Runnable{ private static ArrayList<String> list = new ArrayList<>(); static { list.add("Jack"); list.add("Amy"); list.add("Lucy"); } @Override public void run() { for (String value : list){ System.out.println(value); // 在读取数据的同时又向集合写入数据 list.add("Coco");// 会出现并发修改异常 } } }
测试在多线程条件下读取共享集合数据的同时向其写入：
/** * @Auther: csp1999 * @Date: 2020/10/29/19:10 * @Description: 面试问题： * 已知成员变量集合存储N多用户名称，在多线程的环境下，使用迭代器在读取集合数据的同时， * 如何保证还可以正常的写入数据到集合？ */ public class Test03 { public static void main(String[] args) { // 创建线程任务 CollectionThread collectionThread = new CollectionThread(); // 开启10条线程 for (int i = 0; i < 10; i++) { new Thread(collectionThread).start(); } } }
测试结果：
Jack Jack Jack Jack Jack Jack Jack Jack Jack Jack Exception in thread "Thread-0" Exception in thread "Thread-1" Exception in thread "Thread-4" Exception in thread "Thread-5" Exception in thread "Thread-8" java.util.ConcurrentModificationException at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:909) at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:859) at com.haust.list.CollectionThread.run(CollectionThread.java:21) at java.lang.Thread.run(Thread.java:748) Exception in thread "Thread-9" java.util.ConcurrentModificationException at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:909) at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:859) at com.haust.list.CollectionThread.run(CollectionThread.java:21) at java.lang.Thread.run(Thread.java:748) Exception in thread "Thread-2" java.util.ConcurrentModificationException at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:909) at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:859) at com.haust.list.CollectionThread.run(CollectionThread.java:21) at java.lang.Thread.run(Thread.java:748) java.util.ConcurrentModificationException at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:909) at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:859) at com.haust.list.CollectionThread.run(CollectionThread.java:21) at java.lang.Thread.run(Thread.java:748) java.util.ConcurrentModificationException at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:909) at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:859) at com.haust.list.CollectionThread.run(CollectionThread.java:21) at java.lang.Thread.run(Thread.java:748) java.util.ConcurrentModificationException at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:909) at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:859) at com.haust.list.CollectionThread.run(CollectionThread.java:21) at java.lang.Thread.run(Thread.java:748) java.util.ConcurrentModificationException at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:909) at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:859) at com.haust.list.CollectionThread.run(CollectionThread.java:21) at java.lang.Thread.run(Thread.java:748) Exception in thread "Thread-7" Exception in thread "Thread-6" java.util.ConcurrentModificationException at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:909) at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:859) at com.haust.list.CollectionThread.run(CollectionThread.java:21) at java.lang.Thread.run(Thread.java:748) Exception in thread "Thread-3" java.util.ConcurrentModificationException at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:909) at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:859) at com.haust.list.CollectionThread.run(CollectionThread.java:21) at java.lang.Thread.run(Thread.java:748) java.util.ConcurrentModificationException at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:909) at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:859) at com.haust.list.CollectionThread.run(CollectionThread.java:21) at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
出现并发修改异常，为解决此问题呢，java引入了一个可以保证读和写都是线程安全的集合(读写分离集合)：CopyOnWriteArrayList
所以解决方案就是：
... // private static ArrayList<String> list = new ArrayList<>(); // 使用读写分离集合替换掉原来的ArrayList private static CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<String>(); static { list.add("Jack"); list.add("Amy"); list.add("Lucy"); } @Override public void run() { for (String value : list){ System.out.println(value); // 在读取数据的同时又向集合写入数据 list.add("Coco");// 会出现并发修改异常 } }
成功解决并发修改异常！
7.7 ArrayList和LinkedList 的区别？
ArrayList
基于动态数组的数据结构
对于随机访问的get和set，其效率优于LinkedList
对于随机操作的add和remove，ArrayList不一定比LinkedList慢(ArrayList底层由于是动态数组，因此并不是每一次add和remove都需要创建新数组)
LinkedList
基于链表的数据结构
对于顺序操作，LinkedList 不一定比ArrayList慢
对于随机操作，LinkedList 效率明显低于LinkedList