【Java面試】一步步搞懂ArrayList

直接通過以下幾行代碼開始一步步debug，先看看對象是怎麼被初始化的。

// add
ArrayList arrayList = new ArrayList();
arrayList.add("1");

// get
arrayList.get(0);

// set
arrayList.set(0, "1");

// remove
arrayList.remove(0);

對象數組

從這裏可以看出，ArrayList的內部是一個對象數組，但是衆所周知數組是定長的，他又是怎麼他變成不定長的ArrayList呢，繼續看他add方法的邏輯。

private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;

可變的對象數組

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

如果我們直接通過如下方式去設置新的項，只會拋出ArrayIndexOutOfBoundsException，前面的操作一定對數組的長度進行了擴充，我們看看他是通過什麼方式實現的。

 elementData[size++] = e;

一直跟到最主要的兩個地方，一個是調用的地方，一個是具體的實現邏輯。

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;

    // overflow-conscious code
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        // 調用位置
        grow(minCapacity);
}
// 實現邏輯
private void grow(int minCapacity) {
    // overflow-conscious code
    int oldCapacity = elementData.length;
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

數組被擴容的祕密就在Arrays.copyOf方法中，我們再把除了調用原生的方法以外最底層的代碼摘出來慢慢看。

public static <T,U> T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class<? extends T[]> newType) {
    @SuppressWarnings("unchecked")
    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;
}

因爲我們前面傳遞的是一個Object[].class，那麼他就會新建一個適合當前操作長度的對象數組，並且和把操作前的原數組，並且從0到原數組長度，都和原數組相同，剩下的位置是我們後面新增新的對象的位置。
從目前看來，他就是一個簡單的數組結構，通過對象數組的複製實現可變長的列表。

get和set的調試基本都是相似的步驟，他們都不會改變原本數組的長度，就是進行簡單的邊界檢查，然後和數組的操作類似，就不進一步深究了。

public E get(int index) {
    rangeCheck(index);

    return elementData(index);
}
public E set(int index, E element) {
    rangeCheck(index);

    E oldValue = elementData(index);
    elementData[index] = element;
    return oldValue;
}

重點看看remove中的邏輯，基本也和add邏輯相似，但是他是怎麼實現刪除的呢？

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;
}

直接畫圖來理清我們前面沒有詳細講解的System.arrcopy部分，紅色部分爲被複制前的位置，綠色部分爲複製之後的位置。

通過同一個數組實現數組的覆蓋，最後把對象中的長度-1，實現刪除對象的效果，但是這個空間似乎是繼續被佔用的沒有被真正的釋放，只是被置爲空並且我們訪問不到罷了。

總結

• ArrayList是對象數組。
• ArratList是可變長的對象數組。
• ArrayList中的刪除並非真正的內存釋放，而是長度的改變。

參考文章

Java集合框架常見面試題.md

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