ArrayList源码研究
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背景：实习加工作也有近半年时间了，每天增删改查重复的枯燥无味，于是乎，最近开始了源码的研究，首先便是我们最常用的List接口中的ArrayList
ArrayList
List<Object> list = new ArrayList<>();新建一个ArrayList，ctrl加鼠标点进去 除了里面的方法以外，是这么一堆代码
/**
* Default initial capacity.
*/
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
/**
* Shared empty array instance used for empty instances.
*/
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
* Shared empty array instance used for default sized empty instances. We
* distinguish this from EMPTY_ELEMENTDATA to know how much to inflate when
* first element is added.
*/
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
* The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored.
* The capacity of the ArrayList is the length of this array buffer. Any
* empty ArrayList with elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
* will be expanded to DEFAULT_CAPACITY when the first element is added.
*/
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
/**
* The size of the ArrayList (the number of elements it contains).
*
* @serial
*/
private int size;什么意思呢
/**
默认的数组的长度
*/
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
/**
空数组
*/
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
用于默认大小的空实例的共享空数组实例。我们将其与空元素数据区分开来，以了解添加第一个元素时要充气多少。
*/
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
集合中存储数据的 数组对象
*/
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
/**
* 集合中元素的个数
*/
private int size;一共五个参数，可以看出，ArrayList本质上其实还是一个数组，只不过数组是固定长度的，而ArrayList添加了动态扩容的机制，但是，这种动态扩容其实就是重新创建了一个新的数组，然后把旧数组赋值给新数组，因为我们看不到创建新数组并赋值的过程，所以一般就把ArrayList称为长度可变的，把数组称为长度不可变
里面的参数看完了，接下来往下看，首先映入眼帘的就是它的两个 构造方法–无参构造与有参构造，也就是对应着我们创建ArrayList时是否初始化参数。
构造方法
无参构造
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
// this.elementData = {}
}根据源码可以看出来，当我们创建一个新的空的ArrayList时，也就是把默认的数组实例DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA赋值给了集合中存储数据的数组对象elementData
有参构造
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
// 初始长度大于0 就创建一个指定大小的数组
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
// {}数组赋值给 this.elementData
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}如码，也是创建了一个指定长度的数组赋值给elementData
再往下就是add方法了，不过经过研究，发现add方法在添加数据时步骤不完全一样
假设创建时为无参
add();
第一次添加
list.add(1);public boolean add(E e) {
//e = 1
// 确定容量 动态扩容 size 初始 0
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
// 将要添加的元素 添加到数组中 elementData[0] = 1 --> size = 1
elementData[size++] = e;
return true;
}首先调用add方法，将数据传递进来，这时，初始容量为0，也就是size为0，这时会
首先调用ensureCapacityInternal()方法，传递的参数是size+1也就是 1 让我们点进去看看里面是什么：
/**
*int minCapacity = 1
*/
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
// ensureExplicitCapacity(默认数组实例，1)
ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}好家伙，继续往里面点，先看括号里的calculateCapacity(）方法
/**
* elementData {}
minCapacity 1
*/
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
// 10与1比较大小 return 10
//DEFAULT_CAPACITY:刚才源码里定义的参数，默认长度10
return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
return minCapacity;
}这里，首先做了一个比较，如果数据为默认数组实例，则比较默认长度和当前长度的大小，返回较大的那个，由于是第一次添加，数据为默认数组实例，所以返回10，让我们返回刚才那个方法
/**
*int minCapacity = 1
*/
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
// ensureExplicitCapacity(10)
ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}这时，括号中的数据就变成了刚才返回的10了，然后进入ensureExplicitCapacity()方法
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++; // 增长 操作次数
// 10-0>0 所以需要扩容
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}，这里，首先记录了操作次数modCount,有同学会问，操作次数modCount哪来的，刚才也没看到定义这个参数，大家想一下，ArrayList继承了谁？想不起来吧，贴图！
modCount是Arraylist的父类AbstractList中定义的一个protected变量，这个变量定义在Abstract.java文件的偏下的位置，第601行。
protected transient int modCount = 0;//记录操作次数了解了modCount，再接着往下看，判断minCapacity - elementData.length > 0，也就是10-0是否>0，显而易见，执行grow()方法，继续点进去，
private void grow(int minCapacity) { // 10
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length; // 0
// newCapacity = 0
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
if (newCapacity - minCapacity < 0)
// newCapacity = 10
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)//这里正常情况下都是不走这一步的
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);//你会创建一个长度超过int最大值的ArrayList吗
//返回一个新的数组 长度为10
//Arrays的copyOf()方法传回的数组是新的数组对象,第二个参数指定要建立的新数组长度
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}到这里，已经可以看出来ArrayList所谓的扩容是怎么一回事了，
首先，定义老数组容量oldCapacity = elementData.length即oldCapacity = 0
然后进行移位运算（即将其转为二进制然后向左或向右移位），获取新数组的容量newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1)，这里由于0右移后还是0，所以newCapacity = 0
将新数组的容量与当前大小比较（当前为默认实例，长度为10），取大的那个，然后与MAX_ARRAY_SIZE（int的最大值）比较，防止长度超出可控范围，这里给出源码里MAX_ARRAY_SIZE的定义
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
public static final int MAX_VALUE = 0x7fffffff;//即int最大值,7fffffff是8位16进制再然后,Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);!!!是不是很熟悉了，复制拷贝数据到新数组
至次，第一次添加就结束了
第二次添加
此时数据为
elementData = {1,,,,,,,,,};
size = 1;一步一步的点进去，这里就不再重复解释一次了，大家看参数就好
public boolean add(E e) {
// 2
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e; // elementData[1] = 2 size = 2
return true;
}区别在于这一步，数据不等于默认数组实例，所以直接返回minCapacity=2
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {//与第一次添加时不同的地方
return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
// 2
return minCapacity;
}private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
///这里，2-10<0，所以不需要扩容
// overflow-conscious code 2 - 10
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}至此，结束第二次添加，往下一直到第10次添加都不需要扩容，所以略过。。。。。。
第十一次添加
此时数据为：
elementData = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
size = 10;不再解释，看参数
list.add(11);public boolean add(E e) {
//size=10 ensureCapacityInternal(11)
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;//elementData[10] = 11 size = 11
return true;
}private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
// ensureExplicitCapacity(11)
ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}当到这一步，因为11>10，所以需要扩容了
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// 11 - 10 > 0 所以需要扩容
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}private void grow(int minCapacity) { // 11
// 10
int oldCapacity = elementData.length;
// 15 newCapacity 是oldCapacity的1.5倍
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);//!!!!!!!!!!!!!!!!!!!注意这里
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:
// {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10} -- > {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,,,,,}
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}这里就看出来为什么ArrayList的扩容机制，是扩容1.5倍了吧
旧长度进行移位运算，右移一位，即×0.5，再加上原来的长度，
然后Arrays.copyOf(elementData，15)，创建新数组并将旧数组复制进去
get()方法
这就比较简单了，源码点进去，走起：
public E get(int index) {
// 检查下标是否合法
rangeCheck(index);
// 通过下标获取数组对应的元素
return elementData(index);
}set()方法
和get难度差不多
public E set(int index, E element) {
rangeCheck(index); // 检查下标
// 获取下标原来的值
E oldValue = elementData(index);
elementData[index] = element;
return oldValue;
}返回原来下标的值
remove()方法
假如要删除ArrayList{1,2,3,4,5,6,7,8,9}中的4，4的下标为3 则
remove(3);public E remove(int index) {
rangeCheck(index);
//记录修改次数
modCount++;
E oldValue = elementData(index);
// 获取要移动的元素的个数 {1,2,3,4,5,6,7,8,9} // 3 size=9 index=3
// {1,2,3,5,6,7,8,9,null}
int numMoved = size - index - 1; // 5
if (numMoved > 0)
// 参数：源数组 开始下标 目标数组 开始下标 长度
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
// 删除的节点对应的信息
return oldValue;
}返回原来下标的值
FailFast机制
快速失败的机制，Java集合类为了应对并发访问在集合迭代过程中，内部结构发生变化的一种防护措施，这种错误检查的机制为这种可能发生错误通过抛出 java.util.ConcurrentModificationException
记得刚才那个记录修改次数的参数modCount吗？以及为什么ArrayList是非线程安全的
留下个彩蛋，同学们可以百度了解下这个机制
答案：
每次操作时都会将modCount+1，当多线程环境下，假设，一个线程正在遍历，另一个线程对其做了修改操作，那么遍历的这个线程在遍历时会发现modCount这个参数与开始遍历时不一样，于是触发FailFast机制，使其快速失败，抛出异常。
腾讯云开发者
