轉載總結
ArrayList數據結構
一、ArrayList的數據結構如下：
說明：底層的數據結構就是數組，數組元素類型爲Object類型，即可以存放所有類型數據。我們對ArrayList類的實例的所有的操作底層都是基於數組的。下面我們來分析通過數組是如何保證庫函數的正確實現的。
二、
三、ArrayList源碼分析
3.1 類的繼承關係
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
說明：ArrayList繼承AbstractList抽象父類，實現了List接口（規定了List的操作規範）、RandomAccess（可隨機訪問）、Cloneable（可拷貝）、Serializable（可序列化）。
3.2 類的屬性
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable { // 版本號 private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L; // 缺省容量 private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; // 空對象數組 private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {}; // 缺省空對象數組 private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}; // 元素數組 transient Object[] elementData; // 實際元素大小，默認爲0 private int size; // 最大數組容量
/* 數組所能開闢的最大長度 因爲有些虛擬機保留了一些header words在數組中 嘗試要開闢更大的長度的數組，可能會出現OOM異常(在一些虛擬機實現中) */private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;}
說明：類的屬性中核心的屬性爲elementData，類型爲Object[]，用於存放實際元素，並且被標記爲transient，也就意味着在序列化的時候，此字段是不會被序列化的。
3.3 類的構造函數
1. ArrayList(int)型構造函數
public ArrayList(int initialCapacity) { if (initialCapacity > 0) { // 初始容量大於0 this.elementData = new Object[initialCapacity]; // 初始化元素數組 } else if (initialCapacity == 0) { // 初始容量爲0 this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; // 爲空對象數組 } else { // 初始容量小於0，拋出異常 throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity); } }
說明：指定elementData數組的大小，不允許初始化大小小於0，否則拋出異常。
2. ArrayList()型構造函數
public ArrayList() { // 無參構造函數，設置元素數組爲空 this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA; }
說明：當未指定初始化大小時，會給elementData賦值爲缺省空集合。
/* 無參的構造函數，在該構造函數中，會將上述的靜態的DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA屬性，賦值給elementData屬性 也即我們用這種方法構造ArraList的時候，並不會真正產生實例化的數組，而是引用一個靜態的空數組 */
3. ArrayList(Collection<? extends E>)型構造函數
public ArrayList(Collection<? extends E> c) { // 集合參數構造函數 elementData = c.toArray(); // 轉化爲數組 if ((size = elementData.length) != 0) { // 參數爲非空集合 if (elementData.getClass() != Object[].class) // 是否成功轉化爲Object類型數組 elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class); // 不爲Object數組的話就進行復制 } else { // 集合大小爲空，則設置元素數組爲空 this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; } }
說明：當傳遞的參數爲集合類型時，會把集合類型轉化爲數組類型，並賦值給elementData。
3.4 核心函數分析
1. add函數
public boolean add(E e) { // 添加元素 ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! elementData[size++] = e; return true; }
說明：在add函數我們發現還有其他的函數ensureCapacityInternal，此函數可以理解爲確保elementData數組有合適的大小。ensureCapacityInternal的具體函數如下
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { // 判斷元素數組是否爲空數組 minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); // 取較大值 } ensureExplicitCapacity(minCapacity); }
說明：在ensureCapacityInternal函數中我們又發現了ensureExplicitCapacity函數，這個函數也是爲了確保elemenData數組有合適的大小
。ensureExplicitCapacity的具體函數如下
首先會對modCount+1,modCount是AbstractList類中的一個成員變量,該值表示對List的修改次數，主要是爲了服務快速失敗功能的
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) { // 結構性修改加1 modCount++; if (minCapacity - elementData.length > 0) grow(minCapacity); }
說明：在ensureExplicitCapacity函數我們又發現了grow函數，grow函數纔會對數組進行擴容，ensureCapacityInternal、ensureExplicitCapacity都只是過程，最後完成實際擴容操作還是得看grow函數，grow函數的具體函數如下
private void grow(int minCapacity) { int oldCapacity = elementData.length; // 舊容量 int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // 新容量爲舊容量的1.5倍 if (newCapacity - minCapacity < 0) // 新容量小於參數指定容量，修改新容量 newCapacity = minCapacity; if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) // 新容量大於最大容量 newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); // 指定新容量 // 拷貝擴容 elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); }
說明：正常情況下會擴容1.5倍，特殊情況下（新擴展數組大小已經達到了最大值）則只取最大值。
當我們調用add方法時，實際上的函數調用如下
說明：程序調用add，實際上還會進行一系列調用，可能會調用到grow，grow可能會調用hugeCapacity。
/* 插入一個元素element到指定index位置，原位置的元素依次向後移動一位 改方法效率要低一些，如果並不是特定必須要塞入哪個位置的話，最好不要用 */ public void add(int index, E element) { //首先會去檢查一下index是否可以使用 rangeCheckForAdd(index); //確保數組可容納 ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! 會修改modCount的值，modCount+1 //隨後調用System.arraycopy方法，將elementData的index位置元素依次向後移動，爲接下來的插入預留空間 System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index); elementData[index] = element;//真正的插入操作 size++;//size+1 }
2. set函數
public E set(int index, E element) { // 檢驗索引是否合法 rangeCheck(index); // 舊值 E oldValue = elementData(index); // 賦新值 elementData[index] = element; // 返回舊值 return oldValue; }
說明：設定指定下標索引的元素值。
3. indexOf函數
// 從首開始查找數組裏面是否存在指定元素 public int indexOf(Object o) { if (o == null) { // 查找的元素爲空 for (int i = 0; i < size; i++) // 遍歷數組，找到第一個爲空的元素，返回下標 if (elementData[i]==null) return i; } else { // 查找的元素不爲空 for (int i = 0; i < size; i++) // 遍歷數組，找到第一個和指定元素相等的元素，返回下標 if (o.equals(elementData[i])) return i; } // 沒有找到，返回空 return -1; }
說明：從頭開始查找與指定元素相等的元素，注意，是可以查找null元素的，意味着ArrayList中可以存放null元素的。與此函數對應的lastIndexOf，表示從尾部開始查找。
4. get函數
public E get(int index) { // 檢驗索引是否合法 rangeCheck(index); return elementData(index); }
說明：get函數會檢查索引值是否合法（只檢查是否大於size，而沒有檢查是否小於0），值得注意的是，在get函數中存在element函數，element函數用於返回具體的元素，具體函數如下
E elementData(int index) { return (E) elementData[index]; }
說明：返回的值都經過了向下轉型（Object -> E），這些是對我們應用程序屏蔽的小細節。
5. remove函數
public E remove(int index) { // 檢查索引是否合法 rangeCheck(index); modCount++; E oldValue = elementData(index); // 需要移動的元素的個數 int numMoved = size - index - 1; if (numMoved > 0) System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); // 賦值爲空，有利於進行GC elementData[--size] = null; // 返回舊值 return oldValue; }
如果index>size的話，會出現數組越界
說明：remove函數用戶移除指定下標的元素，此時會把指定下標到數組末尾的元素向前移動一個單位，並且會把數組最後一個元素設置爲null，這樣是爲了方便之後將整個數組不被使用時，會被GC，可以作爲小的技巧使用。
四、總結
ArrayList有其特殊的應用場景，與LinkedList相對應。其優點是隨機讀取，缺點是插入元素時需要移動大量元素，效率不太高。
