ArrayList源码分析，你需要知道的所有知识点！("深入解析ArrayList源码：你需要掌握的核心知识点全览！")

一、ArrayList简介

ArrayList是基于动态数组的数据结构，实现了List接口，允许包含重复元素和null值。ArrayList提供了动态数组的灵活性和数组的随机访问性能，是Java集合框架中使用最广泛的类之一。

二、ArrayList的核心构造方法

ArrayList提供了多个构造方法，以下是三种常用的构造方法：

public ArrayList(int initialCapacity) {
    if (initialCapacity >= 0) {
        this.elementData = new Object[initialCapacity];
    } else {
        throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: " + initialCapacity);
    }
}
public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
public ArrayList(Collection c) {
    elementData = c.toArray();
    if ((size = elementData.length) != 0) {
        // c.toArray might (incorrectly) not return Object[]
        // array with a length consistent with the collection size.
        // Adjust array size if necessary
        if (elementData.getClass() != Object[].class)
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
    } else {
        // replace with empty array.
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
}

三、ArrayList的核心成员变量

ArrayList中几个重要的成员变量如下：

private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
transient Object[] elementData; // 非私有变量，用于存储数组元素
private int size; // 数组实际存储的元素个数

四、ArrayList的扩容机制

ArrayList的扩容机制是它的核心特性之一。当数组空间不足以容纳更多元素时，会自动进行扩容。以下是扩容的核心代码：

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    if (minCapacity > elementData.length) {
        grow(minCapacity);
    }
}
private void grow(int minCapacity) {
    int oldCapacity = elementData.length;
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // 扩容为原来的1.5倍
    if (newCapacity - minCapacity <= 0) {
        newCapacity = minCapacity;
    }
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) {
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    }
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

五、ArrayList的添加元素方法

ArrayList提供了多种添加元素的方法，以下是一些常用的方法：

public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    elementData[size++] = e;
    return true;
}
public void add(int index, E element) {
    if (index > size || index < 0) {
        throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index);
    elementData[index] = element;
    size++;
}
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }
    ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}

六、ArrayList的删除元素方法

ArrayList提供了删除元素的方法，以下是删除方法的核心实现：

public E remove(int index) {
    if (index >= size || index < 0) {
        throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }
    modCount++;
    E oldValue = (E) elementData[index];
    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
    return oldValue;
}
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;
}
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
}

七、ArrayList的遍历方法

ArrayList拥护多种遍历对策，以下是两种常用的遍历方法：

// 通过for循环遍历
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
    E element = list.get(i);
    // 处理元素
}
// 通过迭代器遍历
Iterator it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
    E element = it.next();
    // 处理元素
}

八、ArrayList的性能分析

ArrayList的性能特点如下：

• 随机访问性能优异，时间纷乱度为O(1)。
• 添加和删除元素在数组末尾的时间纷乱度为O(1)，但在数组中间的时间纷乱度为O(n)。
• 扩容操作的时间纷乱度为O(n)。

九、ArrayList的线程保险性

ArrayList是非线程保险的，如果多个线程同时访问ArrayList，必须进行同步处理。可以使用Collections工具类的synchronizedList方法来包装ArrayList，或者使用Vector代替ArrayList。

List synchronizedList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());

十、总结

ArrayList是Java集合框架中非常重要的一部分，懂得其源码和内部机制对于Java开发者来说至关重要。通过本文的分析，我们了解了ArrayList的核心构造方法、成员变量、扩容机制、添加和删除元素的方法、性能特点以及线程保险性。掌握这些知识点，可以帮助我们更好地使用ArrayList，优化程序性能，避免潜在的问题。

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