java.util.Collection包之ArrayList源码解读（基于jdk18）

淡淡的烟草味﹌ 2022-05-18 10:39 199阅读 0赞

## **1、ArrayList简介** ##

ArrayList属于java.util的类，底层是基于数组实现的，其实就是一个动态数组。继承自AbstractList，AbstractList继承自AbstractCollection，而AbstractCollection继承自Collection。

接下来，将从源码级别解读[ArrayList的实现原理][ArrayList]。

## 2、源码 ##

/**
    * 默认数组大小java.util.Collection包之ArrayList源码解读（基于jdk18）
    */
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
    
    /**
    * 空的数组，初始化为空的时候会赋值
    */
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    
    /**
    * 用于缺省大小的共享空数组实例
    */
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
    
    /**
    * 大小
    */
    private int size;
    
    private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

这些字段等看完源码解读以后就明白意思了。

### 2.1 构造函数 ###

想要初始化一个ArrayList就需要用到构造函数，接下来看下构造函数都有哪些。

/**
     * 构造函数1
     * @param initialCapacity
     */
    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);
        }
    }
    /**
     * 构造函数2
     */
    public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
    /**
     * 构造函数3
     * @param c
     */
    public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
        elementData = c.toArray();
        if ((size = elementData.length) != 0) {
            // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 62606
            if (elementData.getClass() != Object[].class)
                elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].cla
        } else {
            // replace with empty array.
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        }
    }

不难发现想要初始化一个ArrayList可以通过三种方式，接下来一一解读。

2.1.1、构造函数2

（构造函数2）为默认构造函数。

初始化过程是将缺省的DEFAULTCAPACITY\_EMPTY\_ELEMENTDATA赋值给了elementData。

因此使用该方法初始化ArrayList的话，此时ArrayList的elementData的长度为0。

2.1.2、构造函数1

传入一个arrayList的大小，并初始化一个该大小的数组。

2.1.3、构造函数3

该方法，首先把传入的集合，转成数组，复制给elementData，并且计算size，将size赋值为elementData.length。

如果传入的集合不为空，则会验证一下数组的getClass是否等于Object，如果不等于则会重新强转一遍，至于为什么这样做，jdk中有注释c.toArray might (incorrectly) not return Object\[\] (see 6260652)

see 6260652 这个编号代表JDK bug库中的编号。可以去官网查看bug详情

[http://bugs.java.com/bugdatabase/view\_bug.do?bug\_id=6260652][http_bugs.java.com_bugdatabase_view_bug.do_bug_id_6260652]

### 2.2 add方法 ###

ArrayList提供了几种方法，首先看一下add方法，

2.2.1 add(E e)

public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

add(E e)是直接添加一个元素。添加成功会返回true。

添加之前，首先要调用ensureCapacityInternal（size+1）来确认可以添加成功。该方法源码如下：

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
    }
    
    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;
        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }
    
    private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        return minCapacity;
    }

可以看到，首先calculateCapacity会获取数组的长度，如果此时数组为空，则会取DEFAULT\_CAPACITY的长度，即为10。然后调用ensureExplicitCapacity，来初始化数组的结构，如果，数组长度小于需要初始化的长度。则会调用grow()方法。

grow方法中会先取数组的长度，然后做了如下计算

private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        //对数组进行1.5倍扩容
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        //如果新的长度小于需要初始化的长度，则就默认用初始化的长度
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        //如果新的长度，大于最大的长度，则会调用hugeCapacity
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        //对数组进行扩容
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }
    
    
    private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        //需要扩容的数组大于最大长度以后，则会抛出OutOfMemoryError异常
        if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
                Integer.MAX_VALUE :
                MAX_ARRAY_SIZE;
    }

因此，如果只添加一个元素，则不难发现，数组扩容了一次，并扩容到了10。

2.2.2  add(index,e)

public void add(int index, E element) {
        rangeCheckForAdd(index);
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                size - index);
        elementData[index] = element;
        size++;
    }

首先会调用rangeCheckForAdd检查是否越界，然后判断是否需要扩容。然后调用System.arraycopy进行进行数组索引变动。

2.2.3  addAll()

public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
        Object[] a = c.toArray();
        int numNew = a.length;
        ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount
        System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
        size += numNew;
        return numNew != 0;
    }

循环调用add方法增加元素

2.2.4  addAll(index,c)

public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
        rangeCheckForAdd(index);
        Object[] a = c.toArray();
        int numNew = a.length;
        ensureCapacityInternal(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;
    }

### 2.3移除方法 ###

2.3.1 remove(index)

public E remove(int index) {
        //检查越界
        rangeCheck(index);
        modCount++;
        //获取指定位置的元素
        E oldValue = elementData(index);
        //计算，该位置后面是否有元素
        int numMoved = size - index - 1;
        //如果有则移动索引
        if (numMoved > 0)
            System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index,
                    numMoved);
        //将最后的数组置为null
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
        return oldValue;
    }

2.3.2 remove(object)

public boolean remove(Object o) {
        if (o == null) {
            //如果为null，循环遍历，找到该对象
            for (int index = 0; index < size; index++)
                if (elementData[index] == null) {
                    fastRemove(index);
                    return true;
                }
        } else {
            for (int index = 0; index < size; index++)
                //如果不为null，则用equals比较，找到该元素
                if (o.equals(elementData[index])) {
                    fastRemove(index);
                    return true;
                }
        }
        return false;
    }
    
    private void fastRemove(int index) {
        modCount++;
        //判断是不是移除最后一个元素
        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
    }

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[http_bugs.java.com_bugdatabase_view_bug.do_bug_id_6260652]: http://bugs.java.com/bugdatabase/view_bug.do?bug_id=6260652
[70]: /images/20220518/e1961537c6294f2dbc2e922a14c889ff.png