ArrayList 源碼分析

開篇

ArrayList 是 Java 裏面經常使用的一種集合，它的本質就是一個動態數組， 不只知足了數組有序存儲的特性，還彌補了數組沒法動態擴容的缺陷。  	
ArrayList 的實現原理基於它內部維護了一個 Object 數組，當 ArrayList 容器中的數量達到必定限度時，會從新 new 一個更大的數組，並將原先數組中的數據拷貝過去。

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源碼分析（基於 jdk1.8.0_191 版本）

ArrayList 中比較經常使用的方法就是添加元素 add() 和 獲取元素 get()，其中add() 方法比較複雜。因此分析的重心就放在了這個方法上，下面就開始一步一步解剖。

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幾個重要屬性

• DEFAULT_CAPACITY 默認容量
• elementData ArrayList 內部維護的數組
• EMPTY_ELEMENTDATA 一個空數組，被全部的空實例共享
• DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 也是一個空數組， 與上面的區分開來。以便肯定當添加了第一個成員以後擴充多大
• size ArrayList 存放元素的個數

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構造方法

ArrayList 裏面一共有三個構造方法， 一個無參構造 和 兩個有參構造，重點介紹兩個關鍵的構造方法。

1. 指定容量的有參構造

   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);
       }
   }

2. 無參構造

   public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

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add() 方法

public boolean add(E e) {
    // 1⃣️ 確認容器中的容量， 擴容也就是在這一步進行的
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
     // 下面的代碼就沒什麼好說的了，把元素放到指定索引上
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

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ensureCapacityInternal() 方法

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
     // 2⃣️ 下面分析 calculateCapacity
    ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData,   minCapacity));
}

private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
    // 若是經過 ArrayList 建立的實例， 那麼在添加第一個元素時， 會獲得一個容量爲 10 的 ArrayList 實例
    // 第二次添加元素時，就不會走這一步了。
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        // DEFAULT_CAPACITY = 10
        return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }
    //  若是經過 ArrayList(initCapacity), 指定了初始容量，哪怕是 0 就直接返回。
    return minCapacity;
}

//  ③ 下面會拿一個空的容器來解釋 也就是 經過new ArrayList()建立容器實例
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;// 這個變量能夠先無論， 他表示 容器中 size 變化的次數。

    // 當添加第 1 個元素時， elementData.length的長度 爲 0， minCapacity 爲10，因此最終會建立一個容量爲 10 的 ArrayList
    // 當添加第 2 個元素時， minCapacity爲 1 ，elementData.length 爲10， 無需擴容。
    // ......
    // 當添加第 11 個元素時，minCapacity爲 11， elementData.length 爲10， 會擴容1.5倍
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        grow(minCapacity);
}

 // ④ 具體的擴容算法
 private void grow(int minCapacity) {
    // overflow-conscious code
    int oldCapacity = elementData.length;
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    // 下面的暫不考慮
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    // 拷貝數組，並添加新元素
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

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總結

1. 當經過 ArrayList() 構造一個空集合，初始長度是爲0的，第 1 次添加元素，會建立一個長度爲10的數組，並將該元素賦值到數組的第一個位置。
2. 第 2 次添加元素，集合不爲空，並且因爲集合的長度 size+1 是小於數組的長度 10，因此直接添加元素到數組的第二個位置，不用擴容。
3. 第 11 次添加元素，此時 size+1 = 11，而數組長度是10，這時候建立一個長度爲10+10*0.5 = 15 的數組（擴容1.5倍）， 
而後將原數組元素引用拷貝到新數組。並將第 11 次添加的元素賦值到新數組下標爲10的位置。