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作者丨喬二爺?
來源丨喬二爺（hellozhouq）

00 前言

ArrayList 是我們?nèi)粘ｉ_發(fā)中使用非常頻繁的一個集合，今兒我們通過源碼來看看它底層是怎么來實現(xiàn)的，了解了解它的優(yōu)缺點(diǎn)和真正適合的場景。

01 內(nèi)部的組成

//默認(rèn)容量
privatestaticfinalint DEFAULT_CAPACITY = 10;
// 用于空實例的共享空數(shù)組實例。在初始化時，你傳進(jìn)去的初始化大小為0，那么就用這個來做的處理。
privatestaticfinalObject[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
//共享的空數(shù)組實例，用于默認(rèn)大小的空實例，默認(rèn)構(gòu)造器使用的。
privatestaticfinalObject[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 用來存儲元素的數(shù)組
transientObject[] elementData;
//數(shù)組的大小
privateint size;

02 構(gòu)造函數(shù)

先來看ArrayList 的構(gòu)造函數(shù)。

如果我們直接 new ArrayList() 使用默認(rèn)的構(gòu)造函數(shù)來創(chuàng)建它，那么它會直接使用一個空的 Object []，初始大小是0，它有一個默認(rèn)的初始化大小參數(shù) DEFAULT_CAPACITY 是 10，當(dāng)添加第一個元素時，這個空數(shù)據(jù)的大小才是10，我們也可以認(rèn)為它給我們創(chuàng)建的默認(rèn)的數(shù)據(jù)大小就是10 。平常我們一般在使用 ArrayList 的時候，會使用另外一個構(gòu)造函數(shù)，可以帶初始容量進(jìn)去的。一般來說是可以預(yù)估出來數(shù)據(jù)的大小，比如幾十個，一百個，那么我們在初始化的時候就把這個數(shù)字帶進(jìn)去，避免數(shù)據(jù)容量太小在后續(xù)插入數(shù)據(jù)的時候進(jìn)行頻繁的擴(kuò)容，創(chuàng)建新的數(shù)組。擴(kuò)容這塊放在后面說，先看它里面比較核心的幾個方法。

03 add() 方法

add() 方法很簡單，先去校驗需不需要擴(kuò)容，然后把數(shù)據(jù)的 size 位置設(shè)置為元素，最后返回true；舉個例子，比如我現(xiàn)在有這么一段代碼需要往數(shù)據(jù)中插入3個元素：

List<String> list = newArrayList<>();
list.add("張三")；
list.add("李四")；
list.add("王二")；

最開始 elementData = []，是一個空的數(shù)組，size = 0，當(dāng) list.add("張三") 時，elementData[0] = "張三"，size++ 后，size 的值就為 1 。然后 list.add("李四")，elementData[1] = "李四"，當(dāng)size++ 后，size 的值為 2，此時 elementData 的數(shù)據(jù)就是 ["張三"，"李四"] 。依次類推，當(dāng) list.add("王二") ，elementData[2] = "王二"，添加了王二這個數(shù)據(jù)后，elementData = ["張三"，"李四"，"王二"] ，size = 3。

04 set() 方法

如果你現(xiàn)在進(jìn)行 set(3,"麻子") ，首先先進(jìn)行 rangeCheck（index），檢查給的索引是否越界，此時數(shù)組的個數(shù)是3，但是索引下標(biāo)還是2，沒有索引為 3的這個位置，就會判定為越界。如果是 set(1,"麻子") 是沒問題的，E oldValue = elementData(index) 這段代碼會先把索引為 1 這個位置的數(shù)據(jù) “李四” 取出來，那么 oldValue = “李四”；然后把 elementData[1] = “麻子”，此時 elementData = ["張三"，“麻子”，“王二”]，最后把 oldValue 的數(shù)據(jù) “李四” 返回。

05 add(index,element) 方法

比如我們現(xiàn)在要在下標(biāo)為 1 的位置添加“光頭強(qiáng)”這條數(shù)據(jù)

list.add(1,"光頭強(qiáng)");

首先 rangeCheckForAdd(1)?會對傳進(jìn)來的 index 為 1 進(jìn)行是否越界的處理。接下來執(zhí)行 ensureCapacityInternal(size + 1) 操作，是做數(shù)組擴(kuò)容的，后面說。然后來到了比較重要的代碼? ，對數(shù)組的數(shù)據(jù)進(jìn)行移動

System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index);

此時的index = 1 ，size = 3 , 我們來轉(zhuǎn)化一下：

System.arraycopy(elementData, 1, elementData, 2, 2);

那么這段代碼表示的意思就是說：elementData 這個數(shù)組，從第1位開始（第二個元素）拷貝，拷貝2個元素，把他們拷貝到 elementData 這個數(shù)組（還是原來的這個數(shù)組）從第2位開始（第三個元素）。然后 elementData[index] = element ，把 elementData[1] 設(shè)置成 “光頭強(qiáng)”，最后? elementData 的數(shù)據(jù)就是? ["張三"，"光頭強(qiáng)"，"麻子"，"王二"]。最后再 size++ 后，size的值為 4。?

06 get() 方法

get() 方法應(yīng)該是這里面最簡單的了，首先先校驗index 是否越界，然后直接調(diào)用 elementData(index) 方法，這個方法就是調(diào)用數(shù)組的取值。
由于 elementData[index] 是直接通過數(shù)組直接定位這個元素，然后直接獲取這個元素的，這個也是ArrayList 性能最好的一個操作，優(yōu)點(diǎn)。

07 remove(index) 方法

remove() 方法首先還是會校驗索引是否越界，然后取出索引位置的數(shù)據(jù)，然后根據(jù)刪除位置來計算需要移動元素的數(shù)量，如果移動需要移動元素的數(shù)量大于0 ，則使用 System.arraycopy 進(jìn)行元素的移動，然后再把最后一個元素設(shè)置為 null，最終返回刪除的元素。例如我們要刪除 index = 1 的元素，remove(1)，當(dāng)前數(shù)組的長度 size 是 4 ， oldValue = elementData(1) = "光頭強(qiáng)"。numMoved = size - index - 1，numMoved = 4 - 1 -1 = 2，相當(dāng)于要把后面的 “麻子”，“王二” 都要往前面移動一位。接下來是 System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index, numMoved) ，轉(zhuǎn)換過來則為 System.arraycopy(elementData, 2, elementData, 1, 2)。意思是說把 elementData 數(shù)組中，從 index = 2 的位置開始的元素，一共有 2 個，拷貝到 elementData （還是原來的數(shù)組），從 index = 1 開始，進(jìn)行拷貝。

拷貝前的 elementData = ["張三"，"光頭強(qiáng)"，"麻子"，"王二"]
拷貝后的 elementData = ["張三"，"麻子"，"王二"，"王二"]

然后再執(zhí)行 elementData[--size] = null ，轉(zhuǎn)化過來就是 elementData[3] = null ，把數(shù)組最后一個位置設(shè)置為 null。最后得到的 elementData = ["張三"，"麻子"，"王二"]。最后再返回 oldValue “光頭強(qiáng)”。

08?數(shù)組擴(kuò)容

ArrayList 里面最關(guān)鍵的一塊兒，就是數(shù)據(jù)裝滿以后如何進(jìn)行擴(kuò)容的。假設(shè)說我們現(xiàn)在用的數(shù)組是默認(rèn)的大小，也就是10 ，現(xiàn)在數(shù)據(jù)里面已經(jīng)裝滿了10個元素，此時數(shù)組的size =10，capacity = 10。此時我們要調(diào)用 add() 方法插入一個元素，插入第11個元素的時候是不行的，因為數(shù)據(jù)已經(jīng)滿了，此時就需要擴(kuò)容。我們在 add( ) 方法中可以看到這樣一行代碼：ensureCapacityInternal(size + 1);

此時 ensureCapacityInternal(11)，minCapacity = 11。

調(diào)用 calculateCapacity(elementData, minCapacity) 后得到 minCapacity = 11

進(jìn)入到 ensureExplicitCapacity()，會發(fā)現(xiàn) minCapacity - elementData.length 是大于 0 的，所以會進(jìn)入到 grow() 方法里面，這里面就會進(jìn)行擴(kuò)容。

grow() 方法代碼

首先 oldCapacity = 10，newCapacity = oldCapacity + （oldCapacity >> 1），oldCapacity >> 1 相當(dāng)于 oldCapacity/2 也就是 10 / 2 =5，那么 newCapacity = 15。此時新的數(shù)組就變成了可以容納15個元素的數(shù)據(jù)，老的數(shù)組是 10個。最后使用 Arrays.copyOf() 工具方法來完成老數(shù)組到新數(shù)組的拷貝。看到這里你就會發(fā)現(xiàn)數(shù)組擴(kuò)容它是怎么來擴(kuò)的，是老數(shù)據(jù)的大小+ 老數(shù)組大小 >> 1(相當(dāng)于除以2) 來計算出來新數(shù)組的大小，再使用 Arrays.copyOf() 來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的拷貝。

09?總結(jié)

缺點(diǎn)一、若我們要頻繁的向ArrayList 里面塞數(shù)據(jù)，會導(dǎo)致它頻繁的數(shù)據(jù)擴(kuò)容，會導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降，所以說不要頻繁的向ArrayList 插入數(shù)據(jù)。缺點(diǎn)二、ArrayList 基于數(shù)組來實現(xiàn)的，數(shù)組你要想往中間插入一個元素，那么你需把插入位置后面大量的元素都向后面挪動一位，性能較差。再說優(yōu)點(diǎn)、基于數(shù)組實現(xiàn)，非常適合的是隨機(jī)讀取，你可以隨機(jī)讀取任意一個位置的元素，它是基于索引，下標(biāo)來直接定位元素在內(nèi)存中的位置的。我們在開發(fā)系統(tǒng)的時候還是會大量用到ArrayList 的，很多時候我們需要一個集合按照順序來放一些數(shù)據(jù)，它最主要的功能就是它里面的元素是有順序的，會按照我們插入的順序來排列。本文是學(xué)習(xí)石杉老師JDK源碼課的一篇輸出總結(jié)，結(jié)合老師的教案文檔看了一遍源碼，然后自己做了些補(bǔ)充，希望對你有用。