概要

上一章，我们学习了Collection的架构。这一章开始，我们对Collection的具体实现类进行讲解；首先，讲解List，而List中ArrayList又最为常用。因此，本章我们讲解ArrayList。先对ArrayList有个整体认识，再学习它的源码，最后再通过例子来学习如何使用它。内容包括：

ArrayList介绍

ArrayList 继承了AbstractList，实现了List。它是一个数组队列，提供了相关的添加、删除、修改、遍历等功能。

ArrayList 实现了RandmoAccess接口，即提供了随机访问功能。RandmoAccess是java中用来被List实现，为List提供快速访问功能的。在ArrayList中，我们即可以通过元素的序号快速获取元素对象；这就是快速随机访问。稍后，我们会比较List的“快速随机访问”和“通过Iterator迭代器访问”的效率。

ArrayList 实现了Cloneable接口，即覆盖了函数clone()，能被克隆。

ArrayList 实现java.io.Serializable接口，这意味着ArrayList支持序列化，能通过序列化去传输。

和Vector不同，ArrayList中的操作不是线程安全的！所以，建议在单线程中才使用ArrayList，而在多线程中可以选择Vector或者CopyOnWriteArrayList。

ArrayList构造函数

// 默认构造函数ArrayList()// capacity是ArrayList的默认容量大小。当由于增加数据导致容量不足时，容量会添加上一次容量大小的一半。ArrayList(int capacity)// 创建一个包含collection的ArrayListArrayList(Collection
     collection)

ArrayList数据结构

java.lang.Object   ↳     java.util.AbstractCollection
    
              ↳     java.util.AbstractList
     
                     ↳     java.util.ArrayList
      
       public class ArrayList
       
         extends AbstractList
        
                 implements List
         
          , RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {}
         
        
       
      
     
    

ArrayList包含了两个重要的对象：elementData 和 size。

elementData 是"Object[]类型的数组"，它保存了添加到ArrayList中的元素。实际上，elementData是个动态数组，我们能通过构造函数 ArrayList(int initialCapacity)来执行它的初始容量为initialCapacity；如果通过不含参数的构造函数ArrayList()来创建ArrayList，则elementData的容量默认是10。elementData数组的大小会根据ArrayList容量的增长而动态的增长，具体的增长方式，请参考源码分析中的ensureCapacity()函数。

size 则是动态数组的实际大小。

System.arrayCopy()与Arrays.copyOf()的区别

System.arraycopy()

public class Demo {    public static void main(String[] args) {        int[] arr = {1,2,3,4,5};        int[] copied=new int[10];        System.arraycopy(arr,0,copied,1,4);        System.out.println(Arrays.toString(copied));    }}

输出结果

[0, 1, 2, 3, 4, 0, 0, 0, 0, 0]

System.arraycopy(arr,0,copied,1,5);//这里的arr是原数组，0是原数组拷贝的起始地址。而copied是目标数组，1是目标数组开始存放的位置，5则是数组存放的长度。

Arrays.copyOf

public class Demo {    public static void main(String[] args) {        int[] arr = {1,2,3,4,5};        int[] copied= Arrays.copyOf(arr,10);        System.out.println(Arrays.toString(copied));    }}

输出结果

[1, 2, 3, 4, 5, 0, 0, 0, 0, 0]

ArrayList源码解析

Array.copyOf() 用于复制指定的数组内容以达到扩容的目的，该方法对不同的基本数据类型都有对应的重载方法

* @since 1.6 */public static 
    
      T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class
      newType) {    T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class)        ? (T[]) new Object[newLength]        : (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength);    System.arraycopy(original, 0, copy, 0,                     Math.min(original.length, newLength));    return copy;}
    

public static native void arraycopy(Object src,  int  srcPos,                                        Object dest, int destPos,                                        int length);

src：源对象 srcPos：源数组中的起始位置 dest：目标数组对象 destPos：目标数据中的起始位置 length：要拷贝的数组元素的数量

ArrayList源码

package java.util;public class ArrayList
    
      extends AbstractList
     
              implements List
      
       , RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{    // 序列版本号    private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;    // 保存ArrayList中数据的数组    private transient Object[] elementData;    // ArrayList中实际数据的数量    private int size;    // ArrayList带容量大小的构造函数。    public ArrayList(int initialCapacity) {        super();        if (initialCapacity < 0)            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+                                               initialCapacity);        // 新建一个数组        this.elementData = new Object[initialCapacity];    }    // ArrayList构造函数。默认容量是10。    public ArrayList() {        this(10);    }    // 创建一个包含collection的ArrayList    public ArrayList(Collection
        c) {        elementData = c.toArray();        size = elementData.length;        // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)        if (elementData.getClass() != Object[].class)            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);    }    // 将当前容量值设为 =实际元素个数    public void trimToSize() {        modCount++;        int oldCapacity = elementData.length;        if (size < oldCapacity) {            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);        }    }    // 确定ArrarList的容量。    // 若ArrayList的容量不足以容纳当前的全部元素，设置 新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1”    public void ensureCapacity(int minCapacity) {        // 将“修改统计数”+1        modCount++;        int oldCapacity = elementData.length;        // 若当前容量不足以容纳当前的元素个数，设置 新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1”        if (minCapacity > oldCapacity) {            Object oldData[] = elementData;            int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;            if (newCapacity < minCapacity)                newCapacity = minCapacity;            elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);        }    }    // 添加元素e    public boolean add(E e) {        // 确定ArrayList的容量大小        ensureCapacity(size + 1);  // Increments modCount!!        // 添加e到ArrayList中        elementData[size++] = e;        return true;    }    // 返回ArrayList的实际大小    public int size() {        return size;    }    // 返回ArrayList是否包含Object(o)    public boolean contains(Object o) {        return indexOf(o) >= 0;    }    // 返回ArrayList是否为空    public boolean isEmpty() {        return size == 0;    }    // 正向查找，返回元素的索引值    public int indexOf(Object o) {         if (o == null) {            for (int i = 0; i < size; i++)                if (elementData[i]==null)                    return i;        } else {            for (int i = 0; i < size; i++)                if (o.equals(elementData[i]))                    return i;        }        return -1;    }    // 反向查找(从数组末尾向开始查找)，返回元素(o)的索引值    public int lastIndexOf(Object o) {        if (o == null) {            for (int i = size-1; i >= 0; i--)            if (elementData[i]==null)                return i;        } else {            for (int i = size-1; i >= 0; i--)            if (o.equals(elementData[i]))                return i;        }        return -1;    }     // 返回ArrayList的Object数组    public Object[] toArray() {        return Arrays.copyOf(elementData, size);    }    // 返回ArrayList的模板数组。所谓模板数组，即可以将T设为任意的数据类型    public 
       
         T[] toArray(T[] a) {        // 若数组a的大小 < ArrayList的元素个数；        // 则新建一个T[]数组，数组大小是“ArrayList的元素个数”，并将“ArrayList”全部拷贝到新数组中        if (a.length < size)            return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());        // 若数组a的大小 >= ArrayList的元素个数；        // 则将ArrayList的全部元素都拷贝到数组a中。        System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);        if (a.length > size)            a[size] = null;        return a;    }    // 获取index位置的元素值    public E get(int index) {        RangeCheck(index);        return (E) elementData[index];    }    // 设置index位置的值为element    public E set(int index, E element) {        RangeCheck(index);        E oldValue = (E) elementData[index];        elementData[index] = element;        return oldValue;    }    // 将e添加到ArrayList中    public boolean add(E e) {        ensureCapacity(size + 1);  // Increments modCount!!        elementData[size++] = e;        return true;    }    // 将e添加到ArrayList的指定位置    public void add(int index, E element) {        if (index > size || index < 0)            throw new IndexOutOfBoundsException(            "Index: "+index+", Size: "+size);        ensureCapacity(size+1);  // Increments modCount!!        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,             size - index);        elementData[index] = element;        size++;    }    // 删除ArrayList指定位置的元素    public E remove(int index) {        RangeCheck(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; // Let gc do its work        return oldValue;    }    // 删除ArrayList的指定元素    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;    }    // 快速删除第index个元素    private void fastRemove(int index) {        modCount++;        int numMoved = size - index - 1;        // 从"index+1"开始，用后面的元素替换前面的元素。        if (numMoved > 0)            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,                             numMoved);        // 将最后一个元素设为null        elementData[--size] = null; // Let gc do its work    }    // 删除元素    public boolean remove(Object o) {        if (o == null) {            for (int index = 0; index < size; index++)            if (elementData[index] == null) {                fastRemove(index);            return true;            }        } else {            // 便利ArrayList，找到“元素o”，则删除，并返回true。            for (int index = 0; index < size; index++)            if (o.equals(elementData[index])) {                fastRemove(index);            return true;            }        }        return false;    }    // 清空ArrayList，将全部的元素设为null    public void clear() {        modCount++;        for (int i = 0; i < size; i++)            elementData[i] = null;        size = 0;    }    // 将集合c追加到ArrayList中    public boolean addAll(Collection
         c) {        Object[] a = c.toArray();        int numNew = a.length;        ensureCapacity(size + numNew);  // Increments modCount        System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);        size += numNew;        return numNew != 0;    }    // 从index位置开始，将集合c添加到ArrayList    public boolean addAll(int index, Collection
         c) {        if (index > size || index < 0)            throw new IndexOutOfBoundsException(            "Index: " + index + ", Size: " + size);        Object[] a = c.toArray();        int numNew = a.length;        ensureCapacity(size + numNew);  // Increments modCount        int numMoved = size - index;        if (numMoved > 0)            System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,                 numMoved);        System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);        size += numNew;        return numNew != 0;    }    // 删除fromIndex到toIndex之间的全部元素。    protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {    modCount++;    int numMoved = size - toIndex;        System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex,                         numMoved);    // Let gc do its work    int newSize = size - (toIndex-fromIndex);    while (size != newSize)        elementData[--size] = null;    }    private void RangeCheck(int index) {    if (index >= size)        throw new IndexOutOfBoundsException(        "Index: "+index+", Size: "+size);    }    // 克隆函数    public Object clone() {        try {            ArrayList
        
          v = (ArrayList
         
          ) super.clone(); // 将当前ArrayList的全部元素拷贝到v中 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(); } } // java.io.Serializable的写入函数 // 将ArrayList的“容量，所有的元素值”都写入到输出流中 private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws java.io.IOException{ // Write out element count, and any hidden stuff int expectedModCount = modCount; s.defaultWriteObject(); // 写入“数组的容量” s.writeInt(elementData.length); // 写入“数组的每一个元素” for (int i=0; i
         
        
       
      
     
    

ArrayList 实际上是通过一个数组去保存数据的。当我们构造ArrayList时；若使用默认构造函数，则ArrayList的默认容量大小是10。

当ArrayList容量不足以容纳全部元素时，ArrayList会重新设置容量：新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1”。

ArrayList的克隆函数，即是将全部元素克隆到一个数组中。

ArrayList实现java.io.Serializable的方式。当写入到输出流时，先写入“容量”，再依次写入“每一个元素”；当读出输入流时，先读取“容量”，再依次读取“每一个元素”。

ArrayList遍历方式

ArrayList支持3种遍历方式

第一种，通过迭代器遍历。即通过Iterator去遍历。

Integer value = null;Iterator iter = list.iterator();while (iter.hasNext()) {    value = (Integer)iter.next();}

第二种，随机访问，通过索引值去遍历。 由于ArrayList实现了RandomAccess接口，它支持通过索引值去随机访问元素。

Integer value = null;int size = list.size();for (int i=0; i

第三种，for循环遍历。如下：

Integer value = null;for (Integer integ:list) {    value = integ;}

下面通过一个实例，比较这3种方式的效率，实例代码(ArrayListRandomAccessTest.java)如下：

/** * @program: demo * @description: demo * @author: lee * @create: 2018-08-28 **/class Test {    public static void main(String[] args) {        List list = new ArrayList();        for (int i = 0; i < 100000; i++)            list.add(i);        isRandomAccessSupported(list);        iteratorThroughRandomAccess(list);        iteratorThroughIterator(list);        iteratorThroughFor(list);    }    private static void isRandomAccessSupported(List list) {        if (list instanceof RandomAccess) {            System.out.println("true");        } else {            System.out.println("no");        }    }    private static void iteratorThroughFor(List list) {        long beginTime = System.currentTimeMillis();        for (Object i : list) {        }        long endTime = System.currentTimeMillis();        long consume = endTime - beginTime;        System.out.println(consume);    }    private static void iteratorThroughIterator(List list) {        long beginTime = System.currentTimeMillis();        Iterator iterator = list.iterator();        while (iterator.hasNext()) {            Object a = iterator.next();        }        long endTime = System.currentTimeMillis();        long consume = endTime - beginTime;        System.out.println(consume);    }    private static void iteratorThroughRandomAccess(List list) {        long beginTime = System.currentTimeMillis();        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {            Object a = list.get(i);        }        long endTime = System.currentTimeMillis();        long consume = endTime - beginTime;        System.out.println(consume);    }}

输出结果

true595

由此可见，遍历ArrayList时，使用随机访问(即，通过索引序号访问)效率最高，而使用迭代器的效率最低！