ArrayList源碼解讀（基於JDK1.8）

ArrayList簡介

ArrayList 是一個數組隊列，相當於動態數組。與Java中的數組相比，它的容量能動態增長。它繼承於AbstractList，實現了List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable這些接口。
ArrayList 繼承了AbstractList，實現了List。它是一個數組隊列，提供了相關的添加、刪除、修改、遍歷等功能。
ArrayList 實現了RandmoAccess接口，即提供了隨機訪問功能。RandmoAccess是java中用來被List實現，爲List提供快速訪問功能的。在ArrayList中，我們即可以通過元素的序號快速獲取元素對象；這就是快速隨機訪問。稍後，我們會比較List的“快速隨機訪問”和“通過Iterator迭代器訪問”的效率。
ArrayList 實現了Cloneable接口，即覆蓋了函數clone()，能被克隆。
ArrayList 實現java.io.Serializable接口，這意味着ArrayList支持序列化，能通過序列化去傳輸。

和Vector不同，ArrayList中的操作不是線程安全的！所以，建議在單線程中才使用ArrayList，而在多線程中可以選擇Vector或者CopyOnWriteArrayList。

數據結構

下面讓我們翻開ArrayList的源代碼，看看一些常用的方法屬性，以及一些需要注意的地方。

ArrayList屬性
ArrayList屬性主要就是當前數組長度size，以及存放數組的對象elementData數組，除此之外還有一個經常用到的屬性就是從AbstractList繼承過來的modCount屬性，代表ArrayList集合的修改次數。

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, Serializable {
    // 序列化id
    private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
    // 默認初始的容量
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
    // 一個空對象
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = new Object[0];
    // 一個空對象，如果使用默認構造函數創建，則默認對象內容默認是該值
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = new Object[0];
    // 當前數據對象存放地方，當前對象不參與序列化
    transient Object[] elementData;
    // 當前數組長度
    private int size;
    // 數組最大長度
    private static final int MAX_ARRAY_SIZE = 2147483639;
 
    // 省略方法。。
}

ArrayList構造函數
無參構造函數
如果不傳入參數，則使用默認無參構建方法創建ArrayList對象，如下：

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

注意：此時我們創建的ArrayList對象中的elementData中的長度是1，size是0,當進行第一次add的時候，elementData將會變成默認的長度：10.
帶int類型的構造函數
如果傳入參數，則代表指定ArrayList的初始數組長度，傳入參數如果是大於等於0，則使用用戶的參數初始化，如果用戶傳入的參數小於0，則拋出異常，構造方法如下：

   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);
        }
    }

帶Collection對象的構造函數
1）將collection對象轉換成數組，然後將數組的地址的賦給elementData。
2）更新size的值，同時判斷size的大小，如果是size等於0，直接將空對象EMPTY_ELEMENTDATA的地址賦給elementData
3）如果size的值大於0，則執行Arrays.copy方法，把collection對象的內容（可以理解爲深拷貝）copy到elementData中。

注意：this.elementData = arg0.toArray(); 這裏執行的簡單賦值時淺拷貝，所以要執行Arrays,copy 做深拷貝

    public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
        elementData = c.toArray();
        if ((size = elementData.length) != 0) {
            // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
            if (elementData.getClass() != Object[].class)
                elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
        } else {
            // replace with empty array.
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        }
    }

add方法
add的方法有兩個，一個是帶一個參數的，一個是帶兩個參數的，下面我們一個個講解。
add(E e) 方法
add主要的執行邏輯如下：
1）確保數組已使用長度（size）加1之後足夠存下下一個數據
2）修改次數modCount 標識自增1，如果當前數組已使用長度（size）加1後的大於當前的數組長度，則調用grow方法，增長數組，grow方法會將當前數組的長度變爲原來容量的1.5倍。
3）確保新增的數據有地方存儲之後，則將新元素添加到位於size的位置上。
4）返回添加成功布爾值。

添加元素方法入口：

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

方法執行流程

確保添加的元素有地方存儲，當第一次添加元素的時候this.size+1 的值是1，所以第一次添加的時候會將當前elementData數組的長度變爲10：

    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
 
        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }

將修改次數（modCount）自增1，判斷是否需要擴充數組長度,判斷條件就是用當前所需的數組最小長度與數組的長度對比，如果大於0，則增長數組長度。

    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;
 
        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }

如果當前的數組已使用空間（size）加1之後大於數組長度，則增大數組容量，擴大爲原來的1.5倍。

    private void grow(int arg0) {
        int arg1 = this.elementData.length;
        int arg2 = arg1 + (arg1 >> 1);
        if (arg2 - arg0 < 0) {
            arg2 = arg0;
        }
 
        if (arg2 - 2147483639 > 0) {
            arg2 = hugeCapacity(arg0);
        }
 
        this.elementData = Arrays.copyOf(this.elementData, arg2);
    }

add(int index, E element)方法

這個方法其實和上面的add類似，該方法可以按照元素的位置，指定位置插入元素，具體的執行邏輯如下：
1）確保數插入的位置小於等於當前數組長度，並且不小於0，否則拋出異常
2）確保數組已使用長度（size）加1之後足夠存下下一個數據
3）修改次數（modCount）標識自增1，如果當前數組已使用長度（size）加1後的大於當前的數組長度，則調用grow方法，增長數組
4）grow方法會將當前數組的長度變爲原來容量的1.5倍。
5）確保有足夠的容量之後，使用System.arraycopy 將需要插入的位置（index）後面的元素統統往後移動一位。
6）將新的數據內容存放到數組的指定位置（index）上

    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++;
    }

方法執行流程

注意：使用該方法的話將導致指定位置後面的數組元素全部重新移動，即往後移動一位。

get方法
返回指定位置上的元素，

    public E get(int index) {
        //越界檢查
        rangeCheck(index);
        return elementData(index);
    }

方法執行流程

set方法
確保set的位置小於當前數組的長度（size）並且大於0，獲取指定位置（index）元素，然後放到oldValue存放，將需要設置的元素放到指定的位置（index）上，然後將原來位置上的元素oldValue返回給用戶。

    public E set(int index, E element) {
        rangeCheck(index);
 
        E oldValue = elementData(index);
        elementData[index] = element;
        return oldValue;
    }

方法執行流程

contains方法
調用indexOf方法，遍歷數組中的每一個元素作對比，如果找到對於的元素，則返回true，沒有找到則返回false。

  public boolean contains(Object o) {
        return indexOf(o) >= 0;
    }

    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;
    }

remove方法
根據索引remove
1）判斷索引有沒有越界

2）自增修改次數

3）將指定位置（index）上的元素保存到oldValue

4）將指定位置（index）上的元素都往前移動一位

5）將最後面的一個元素置空，好讓垃圾回收器回收

6）將原來的值oldValue返回

 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; // clear to let GC do its work
 
        return oldValue;
    }

方法執行流程

注意：調用這個方法不會縮減數組的長度，只是將最後一個數組元素置空而已。

根據對象remove
循環遍歷所有對象，得到對象所在索引位置，然後調用fastRemove方法，執行remove操作

    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;
    }

方法執行流程

定位到需要remove的元素索引，先將index後面的元素往前面移動一位（調用System.arraycooy實現），然後將最後一個元素置空。

    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; // clear to let GC do its work
    }

clear方法
添加操作次數（modCount），將數組內的元素都置空，等待垃圾收集器收集，不減小數組容量。

    public void clear() {
        modCount++;
 
        // clear to let GC do its work
        for (int i = 0; i < size; i++)
            elementData[i] = null;
 
        size = 0;
    }

sublist方法
我們看到代碼中是創建了一個ArrayList 類裏面的一個內部類SubList對象，傳入的值中第一個參數時this參數，其實可以理解爲返回當前list的部分視圖，真實指向的存放數據內容的地方還是同一個地方，如果修改了sublist返回的內容的話，那麼原來的list也會變動。

    public List<E> subList(int arg0, int arg1) {
        subListRangeCheck(arg0, arg1, this.size);
        return new ArrayList.SubList(this, 0, arg0, arg1);
    }

trimToSize方法
1）修改次數加1
2）將elementData中空餘的空間（包括null值）去除，例如：數組長度爲10，其中只有前三個元素有值，其他爲空，那麼調用該方法之後，數組的長度變爲3.

    public void trimToSize() {
        modCount++;
        if (size < elementData.length) {
            elementData = (size == 0)
              ? EMPTY_ELEMENTDATA
              : Arrays.copyOf(elementData, size);
        }
    }

iterator方法
interator方法返回的是一個內部類，由於內部類的創建默認含有外部的this指針，所以這個內部類可以調用到外部類的屬性。

    public Iterator<E> iterator() {
        return new Itr();
    }

一般的話，調用完iterator之後，我們會使用iterator做遍歷，這裏使用next做遍歷的時候有個需要注意的地方，就是調用next的時候，可能會引發ConcurrentModificationException，當修改次數，與期望的修改次數（調用iterator方法時候的修改次數）不一致的時候，會發生該異常，詳細我們看一下代碼實現：

        @SuppressWarnings("unchecked")
        public E next() {
            checkForComodification();
            int i = cursor;
            if (i >= size)
                throw new NoSuchElementException();
            Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
            if (i >= elementData.length)
                throw new ConcurrentModificationException();
            cursor = i + 1;
            return (E) elementData[lastRet = i];
        }

expectedModCount這個值是在用戶調用ArrayList的iterator方法時候確定的，但是在這之後用戶add，或者remove了ArrayList的元素，那麼modCount就會改變，那麼這個值就會不相等，將會引發ConcurrentModificationException異常，這個是在多線程使用情況下，比較常見的一個異常。

       final void checkForComodification() {
            if (modCount != expectedModCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
        }

System.arraycopy 方法
參數   說明
src   原數組
srcPos   原數組
dest   目標數組
destPos   目標數組的起始位置
length   要複製的數組元素的數目

Arrays.copyOf方法
original - 要複製的數組
newLength - 要返回的副本的長度
newType - 要返回的副本的類型

其實Arrays.copyOf底層也是調用System.arraycopy實現的源碼如下：

//基本數據類型（其他類似byte，short···）

public static int[] copyOf(int[] original, int newLength) {
        int[] copy = new int[newLength];
        System.arraycopy(original, 0, copy, 0,
                         Math.min(original.length, newLength));
        return copy;
    }

小結
ArrayList總體來說比較簡單，不過ArrayList還有以下一些特點：

ArrayList自己實現了序列化和反序列化的方法，因爲它自己實現了 private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)和 private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) 方法
ArrayList基於數組方式實現，無容量的限制（會擴容）
添加元素時可能要擴容（所以最好預判一下），刪除元素時不會減少容量（若希望減少容量，trimToSize()），刪除元素時，將刪除掉的位置元素置爲null，下次gc就會回收這些元素所佔的內存空間。
線程不安全
add(int index, E element)：添加元素到數組中指定位置的時候，需要將該位置及其後邊所有的元素都整塊向後複製一位
get(int index)：獲取指定位置上的元素時，可以通過索引直接獲取（O(1)）
remove(Object o)需要遍歷數組
remove(int index)不需要遍歷數組，只需判斷index是否符合條件即可，效率比remove(Object o)高
contains(E)需要遍歷數組
使用iterator遍歷可能會引發多線程異常

ArrayList源碼解讀（基於JDK1.8）

數據結構

認知提升的方法

螞蟻面試：Springcloud核心組件的底層原理，你知道多少？

Java虛擬機Java Virtual Machine(JVM)總結(基於jdk 1.8)

ArrayList源碼解讀（基於JDK1.8）

Java虛擬機Java Virtual Machine(JVM)總結

簡單易用,基於js或vue項目實現一次批量文件下載功能

KindEditor富文本編輯器的使用

https://yachay.unat.edu.pe/blog/index.php?comment_area=format_blog&comment_component=blog&comment_co

linux以太網驅動總結