[TOC]
ArrayList 是 Java 集合框架中常用的数据结构，底层采用数组队列，相当于动态数组。与 Java 中的数组相比，它的容量能动态增长。ArrayList 继承于 AbstractList，实现了 List，RandomAccess，Cloneable，java.io.Serializable 接口。
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
//1.继承 AbstractList，实现 List,它是一个数组队列，提供相关的添加、删除、修改、遍历等功能。
//2.实现 RandmoAccess 接口，提供随机访问功能，在 ArrayList 中，通过元素的序号快速获取元素对象，这就是快速随机访问。
//3.实现 Cloneable 接口，即覆盖了函数 clone()，能被克隆。
//4.实现 java.io.Serializable 接口，支持序列化，能通过序列化去传输。 下面为 ArrayList 源码解析，实现并不复杂。
package java.util;
import java.util.function.Consumer;
import java.util.function.Predicate;
import java.util.function.UnaryOperator;
//继承 AbstractList，实现 RandmoAccess、Cloneable、java.io.Serializable 接口
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
//默认初始容量大小
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
//空数组（用于空实例）
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
//空数组（用于空实例）
//和EMPTY_ELEMENTDATA 数组区分，以知道在添加第一个元素时容量需要增加多少
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
//保存 ArrayList 数据的数组
transient Object[] elementData;
//ArrayList 实际元素个数
private int size;
//带初始容量参数的构造函数（创建ArrayList对象时指定集合的初始大小）
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);
}
}
//默认无参构造函数
//DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 为 0.初始化为10，初始化时候为空数组,当添加第一个元素的时候数组容量才扩容为 10
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
//构造包含指定集合的元素的列表，按照它们由集合的迭代器返回的顺序。
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
//将指定集合转换为数组
elementData = c.toArray();
if ((size = elementData.length) != 0) {
// 如果elementData不是Object类型数据（c.toArray可能返回的不是Object类型的数组所以加上下面的语句用于判断）
if (elementData.getClass() != Object[].class)
//将原来不是Object类型的elementData数组的内容，赋值给新的Object类型的elementData数组
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}
//将当前容量值设为实际元素个数，减少不必要占用内存空间
public void trimToSize() {
modCount++;
if (size < elementData.length) {
elementData = (size == 0)
? EMPTY_ELEMENTDATA
: Arrays.copyOf(elementData, size);
}
}
//确定ArrarList的容量
public void ensureCapacity(int minCapacity) {
//如果是true，minExpand的值为0，如果是false,minExpand的值为10
int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
? 0
: DEFAULT_CAPACITY;
//如果最小容量大于已有的最大容量
if (minCapacity > minExpand) {
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
}
//得到最小扩容量
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
//取默认的容量和传入参数之间的最大值
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
//判断是否需要扩容
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
if (minCapacity - elementData.length > 0)
//调用grow方法进行扩容
grow(minCapacity);
}
// 要分配的最大数组大小
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
// 扩容的核心方法。
private void grow(int minCapacity) {
//oldCapacity为旧容量，newCapacity为新容量
int oldCapacity = elementData.length;
//将oldCapacity 右移一位，其效果相当于oldCapacity /2，结果变为原来 1.5倍
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
//然后检查新容量是否大于最小需要容量，若还是小于最小需要容量，那么就把最小需要容量当作数组的新容量，
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
//检查新容量是否超出最大容量，
//超出,调用hugeCapacity()来比较minCapacity和 MAX_ARRAY_SIZE，
//如果minCapacity大于MAX_ARRAY_SIZE，则新容量则为Interger.MAX_VALUE，否则，新容量大小则为 MAX_ARRAY_SIZE。
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
//进行数组扩容
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
//比较minCapacity和 MAX_ARRAY_SIZE
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}
//返回元素个数。
public int size() {
return size;
}
//判断列表是否为空
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
//判断列表是否包含指定的元素
public boolean contains(Object o) {
return indexOf(o) >= 0;
}
//获取列表中指定元素的首次出现的索引，如果此列表不包含此元素，则为-1
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;
}
//获取列表中指定元素的最后一次出现的索引，如果此列表不包含元素，则返回-1。.
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;
}
//浅拷贝。 （元素本身不被复制。）
public Object clone() {
try {
ArrayList<?> v = (ArrayList<?>) super.clone();
v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
v.modCount = 0;
return v;
} catch (CloneNotSupportedException e) {
throw new InternalError(e);
}
}
//返回ArrayList的Object数组
public Object[] toArray() {
return Arrays.copyOf(elementData, size);
}
//返回ArrayList的模板数组，即可以将T设为任意的数据类型
@SuppressWarnings("unchecked")
public <T> T[] toArray(T[] a) {
if (a.length < size)
//新建一个运行时类型的数组，但是ArrayList数组的内容
return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());
//调用System.arraycopy()方法实现数组之间的复制
System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);
if (a.length > size)
a[size] = null;
return a;
}
// Positional Access Operations
@SuppressWarnings("unchecked")
E elementData(int index) {
return (E) elementData[index];
}
//返回此列表中指定位置的元素。
public E get(int index) {
rangeCheck(index);
return elementData(index);
}
//用指定的元素替换此列表中指定位置的元素。
public E set(int index, E element) {
//对index进行界限检查
rangeCheck(index);
E oldValue = elementData(index);
elementData[index] = element;
//返回原来在这个位置的元素
return oldValue;
}
//将元素追加到列表的末尾
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1);
elementData[size++] = e;
return true;
}
//指定位置插入元素。
public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index);
ensureCapacityInternal(size + 1);
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}
//删除该列表中指定位置的元素
public E remove(int index) {
rangeCheck(index);
modCount++;
E oldValue = elementData(index);
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
elementData[--size] = null; // -1
//从列表中删除的元素
return oldValue;
}
//从列表中删除指定元素的第一个出现
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;
}
//快速删除给定索引的元素
private void fastRemove(int index) {
modCount++;
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
elementData[--size] = null;
}
//删除所有元素。
public void clear() {
modCount++;
// 把数组中所有的元素的值设为null
for (int i = 0; i < size; i++)
elementData[i] = null;
size = 0;
}
//按指定集合的Iterator返回的顺序将指定集合中的所有元素追加到此列表的末尾。
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;
}
//从指定的位置开始，将指定集合中的所有元素插入到此列表中
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
rangeCheckForAdd(index);
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacityInternal(size + numNew);
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 之间的所有元素
protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {
modCount++;
int numMoved = size - toIndex;
System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex,
numMoved);
int newSize = size - (toIndex-fromIndex);
for (int i = newSize; i < size; i++) {
elementData[i] = null;
}
size = newSize;
}
//检查给定的索引是否在范围内
private void rangeCheck(int index) {
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
private void rangeCheckForAdd(int index) {
if (index > size || index < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
private String outOfBoundsMsg(int index) {
return "Index: "+index+", Size: "+size;
}
//从列表中删除指定集合中包含的所有元素
public boolean removeAll(Collection<?> c) {
Objects.requireNonNull(c);
//如果此列表被修改则返回true
return batchRemove(c, false);
}
//仅保留此列表中包含在指定集合中的元素
public boolean retainAll(Collection<?> c) {
Objects.requireNonNull(c);
return batchRemove(c, true);
}
//从列表中的指定索引开始，返回列表中的元素的列表迭代器
//指定的索引表示初始调用将返回的第一个元素为next,初始调用previous将返回指定索引减1的元素。
//返回的列表迭代器是fail-fast
public ListIterator<E> listIterator(int index) {
if (index < 0 || index > size)
throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);
return new ListItr(index);
}
//返回列表中的列表迭代器（按适当的顺序）
//返回的列表迭代器是fail-fast
public ListIterator<E> listIterator() {
return new ListItr(0);
}
//以正确的顺序返回该列表中的元素的迭代器
//返回的迭代器是fail-fast
public Iterator<E> iterator() {
return new Itr();
}
}从上面的代码中，我们可以很容易发现，当 new ArrayList()，会默认赋值一个空数组，往里面数组里面添加第一个元素，才开始分配容量，数组默认容量为 10。
//添加元素到列表末尾
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1);
//实际就是为下标为 size + 1 数组元素赋值
elementData[size++] = e;
return true;
}
//得到最小扩容量
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
//如果使用是无参构造创建
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
//判断默认容量和传入参数的较大值 DEFAULT_CAPACITY = 10
//第一个元素 add 进来，默认容量为 minCapacity = 10
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
//判断是否需要扩容
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
//判断是否需要扩容
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++; //修改次数
if (minCapacity - elementData.length > 0)
//调用 grow() 进行扩容
grow(minCapacity);
}
//扩容的核心方法
private void grow(int minCapacity) {
//oldCapacity 为旧容量
int oldCapacity = elementData.length;
//newCapacity 为新容量 ，oldCapacity >> 1（相当于除2），新容量为原来的 1.5 倍
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
//MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8
//如果 newCapacity 比 Integer.MAX_VALUE - 8 还大，
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
//设置最大容量
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
//将数据复制到大小为 newCapacity 的新数组中，并将新数组赋值给 elementData
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity < 0)
throw new OutOfMemoryError();
//返回 Integer.MAX_VALUE（2147483647） 或 Integer.MAX_VALUE - 8
//一般不会有这么大的数组
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE;
}归纳如下：
- new ArrayList 默认赋值一个空数组，size = 0。
- 接着 add 进第 1 个元素，会把实际元素个数 size +1 传入 ensureCapacityInternal() 方法，判断是否需要扩容。
- ensureCapacityInternal() 判断当前是否是使用默认构造的函数，这时候 minCapacity = MAX(10,1) = 10。
- 紧接着调用 ensureExplicitCapacity(minCapacity )，判断是否需要扩容，此时 elementData.length = 0，显然，minCapacity - elementData.length > 0 成立，数组第一次扩容。
- ensureCapacityInternal() 中判断 minCapacity - elementData.length > 0（10 - 0 > 0），成立，调用 grow() 方法扩容。
- grow 为扩容核心方法，旧容量 oldCapacity ，新容量 newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1)，所以 ArrayList 每次扩容之后容量都会变为原来的 1.5 倍左右。
- 当 add 第 1 个元素时，oldCapacity = 0，newCapacity - minCapacity < 0 （0 - 10 < 0 ）,newCapacity = 10，elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity) 将原数组扩容成 10 。
- 当 add 第 11 个元素时，oldCapacity = 11，newCapacity = 15，第一个判断和第二个判断都不成立，将原数组扩容成 10。
- 以此类推······
在 ArrayList 方法中大量调用这两个方法，那么他们有什么区别，接下来我们来分析一下。
/*
*复制源数组 src 到目标数组 dest
*复制从 src 的 srcPos 位置开始，复制个数是 length，复制到 dest 的索引从 destPos 位置开始
*/
public static native void arraycopy(Object src, int srcPos,
Object dest, int destPos,
int length);/**
*
*复制数组，由U类型复制为T类型，最终调用 System.arraycopy()
*@original 要复制的数组
*@newLength 要返回的副本的长度
*@newType 要返回的副本的类型
*
*/
public static <T,U> T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class<? extends T[]> 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 <T> T[] copyOf(T[] original, int newLength) {
return (T[]) copyOf(original, newLength, original.getClass());
}Arrays.copyOf() 本质最终调用 System.arraycopy()，System.arraycopy()，需要我们传递目标数组，Arrays.copyOf() 则是内部使用反射自己创建好了。
final ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add("第一行代码");
list.add("第二行代码");
list.add("第三行代码");
final Iterator<String> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
System.out.println(iterator.next());
}for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
System.out.println(list.get(0));
}for (String s : list) {
System.out.println(list.get(v));
}注：随机访问，通过索引号访问效率最高，使用使用迭代器效率最低。