ArrayList源码分析，你需要知道的所有知识点！("全面解析ArrayList源码：掌握核心知识点必备指南！")

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ithorizon 6个月前 (10-20) 阅读数 22 #后端开发

全面解析ArrayList源码：掌握核心知识点必备指南！

一、ArrayList简介

ArrayList是Java中非常常用的一个类，它实现了List接口，是基于动态数组的数据结构。ArrayList允许包含重复的元素，它的容量是可以采取需求动态增长的。相较于LinkedList，ArrayList在随机访问元素时具有更高的高效，但在插入和删除元素时性能稍逊一筹。

二、ArrayList的核心成员变量

ArrayList的核心成员变量包括：

transient Object[] elementData;

private int size;

其中，elementData 是存储元素的数组，size 是数组中元素的数量。

三、ArrayList的构造方法

ArrayList提供了三种构造方法：


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 0 length; check for it.
        if (elementData.getClass() != Object[].class)
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
    } else {
        // replace with empty array.
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
}

其中，DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 是一个空的数组，用于无参构造方法，默认初始容量为10。

四、ArrayList的扩容机制

当ArrayList中的元素数量约为当前数组的容量时，会进行扩容操作。扩容操作的核心代码如下：


private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        grow(minCapacity);
}
private void grow(int minCapacity) {
    // overflow-conscious code
    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);
}

从代码中可以看出，ArrayList的扩容操作会将数组容量提高为原来的1.5倍。如果扩容后的容量仍然小于所需的最小容量，则将容量调整为最小容量。如果扩容后的容量超过了最大数组容量，则调用hugeCapacity方法处理。

五、ArrayList的添加元素方法

ArrayList提供了多种添加元素的方法，如add(E e)、add(int index, E element)等。以下是add(E e)方法的源码：


public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // 确保数组有足够空间
    elementData[size++] = e; // 添加元素到数组末尾
    return true;
}

该方法首先调用ensureCapacityInternal(size + 1)确保数组有足够的空间，然后将元素添加到数组末尾，并更新数组大小。

六、ArrayList的删除元素方法

ArrayList提供了多种删除元素的方法，如remove(int index)、remove(Object o)等。以下是remove(int index)方法的源码：


public E remove(int index) {
    if (index >= size || index < 0)
        throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    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;
}

该方法首先检查索引是否越界，然后保存要删除的元素，接着将索引后的元素向前移动，最后将数组最后一个元素设置为null，以便垃圾回收器回收。

七、ArrayList的遍历方法

ArrayList提供了多种遍历方法，如for循环、for-each循环、迭代器等。以下是使用for循环遍历ArrayList的示例代码：


ArrayList list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
    System.out.println(list.get(i));
}

当然，也可以使用Java 8的Stream API进行遍历：


ArrayList list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
list.stream().forEach(System.out::println);

八、ArrayList的线程保险性

ArrayList不是线程保险的，如果多个线程同时访问ArrayList，必须进行同步处理。以下是使用同步代码块来保证ArrayList线程保险的示例代码：


ArrayList list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
synchronized (list) {
    for (Integer num : list) {
        System.out.println(num);
    }
}

当然，也可以使用线程保险的包装器Collections.synchronizedList来创建一个同步的ArrayList：


List synchronizedList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
synchronizedList.add(1);
synchronizedList.add(2);
synchronizedList.add(3);
for (Integer num : synchronizedList) {
    System.out.println(num);
}