【Java面试】一步步搞懂ArrayList

直接通过以下几行代码开始一步步debug，先看看对象是怎么被初始化的。

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

// get
arrayList.get(0);

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

// remove
arrayList.remove(0);

对象数组

从这里可以看出，ArrayList的内部是一个对象数组，但是众所周知数组是定长的，他又是怎么他变成不定长的ArrayList呢，继续看他add方法的逻辑。

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

可变的对象数组

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

如果我们直接通过如下方式去设置新的项，只会抛出ArrayIndexOutOfBoundsException，前面的操作一定对数组的长度进行了扩充，我们看看他是通过什么方式实现的。

 elementData[size++] = e;

一直跟到最主要的两个地方，一个是调用的地方，一个是具体的实现逻辑。

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

    // overflow-conscious code
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        // 调用位置
        grow(minCapacity);
}
// 实现逻辑
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);
}

数组被扩容的秘密就在Arrays.copyOf方法中，我们再把除了调用原生的方法以外最底层的代码摘出来慢慢看。

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;
}

因为我们前面传递的是一个Object[].class，那么他就会新建一个适合当前操作长度的对象数组，并且和把操作前的原数组，并且从0到原数组长度，都和原数组相同，剩下的位置是我们后面新增新的对象的位置。
从目前看来，他就是一个简单的数组结构，通过对象数组的复制实现可变长的列表。

get和set的调试基本都是相似的步骤，他们都不会改变原本数组的长度，就是进行简单的边界检查，然后和数组的操作类似，就不进一步深究了。

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;
}

重点看看remove中的逻辑，基本也和add逻辑相似，但是他是怎么实现删除的呢？

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;
}

直接画图来理清我们前面没有详细讲解的System.arrcopy部分，红色部分为被复制前的位置，绿色部分为复制之后的位置。

通过同一个数组实现数组的覆盖，最后把对象中的长度-1，实现删除对象的效果，但是这个空间似乎是继续被占用的没有被真正的释放，只是被置为空并且我们访问不到罢了。

总结

• ArrayList是对象数组。
• ArratList是可变长的对象数组。
• ArrayList中的删除并非真正的内存释放，而是长度的改变。

参考文章

Java集合框架常见面试题.md

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