1. 引言

上個月去一家公司面試 java 實習生，面試官說的一句話我記得很清楚 作為一個java 工程師，你不去看源碼是很難提高的。通過看源碼，不僅可以更快的解決問題，而且可以直接接觸到大牛寫的代碼，了解他們的設計思想，是有很大的好處的。 雖然後面由於種種原因把實習給辭了，不過面試官給的建議我認為是有用的，從今天開始了解一下 JDK 中集合框架的源碼，以此提升自己。

查看 JDK 版本為 1.8。另外，由於本人只是水平有限，因此博客中有問題歡迎大家指出。

2. 概要

ArrayList 底層的數據結構很簡單，就是利用數組來完成的。在源碼中是這樣定義的：transient Object[] elementData;

這裏為什麽要使用 transient 關鍵字修飾呢？通過網上查找資料了解到，elementData 數組中的元素並不總是滿的，例如數組長度為 10 而存儲的元素只有五個。ArrayList 自定義了自己的 wirteObject 方法，保證只有這五個元素被序列化。

還需要註意的一點是，ArrayList 不是線程安全的，在多線程條件下，可以考慮使用 Collections.synchronizedList(List list) 來返回一個線程安全的 ArrayList。也可以使用 concurrent 包下的 CopyOnWriteArrayList

3. 常用 API

3.1 擴容

ArrayList 底層雖然是使用數組存儲數據，但我們並不需要擔心會發生數組越界的情況。每次添加元素時，內部都會執行一個方法 ensureCapacityInternal(int minCapacity) ，傳入的參數為當前數組長度+1，即現在 ArrayList 需要的最小容量，判斷添加一個元素之後是否會存在數組越界的情況。

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

在 ensureExplicitCapacity 函數中，比較 ArrayList 需要的最小容量和當前數組的長度大小，判斷是否進行擴容，如果需要的話，則調用 grow 方法。通過查看源代碼，發現，它擴容後的大小一般為原數組的 1.5 倍。當然數組的長度也是有限的，它的最大長度為 Integer.MAX_VALUE - 8 。

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);
}

3.2 添加元素

了解了 ArrayList 的擴容過程，那麽添加元素這個函數就變得簡單了。其實現如下，其中 size 表示當前 ArrayList 元素的個數，添加元素直接對下標為 index 的位置賦值。

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

3.3 刪除元素

在 ArrayList 中，有兩種刪除元素的方法

一個是通過角標：public E remove(int index)。其思路是找到指定位置，通過 Systemarraycopy 方法將下標 index 後的元素復制到原數組中直接覆蓋下標為 index 的元素，以此達到刪除的效果。

 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;
 }

另一個是直接刪除指定的元素：public boolean remove(Object o)。刪除指定元素，第一步先判斷 o 對象是否為 null，如果是的話，刪除數組中值為 null 的元素，如果不是，則刪除指定的元素。其最終刪除的方法也是通過賦值數組來完成，這裏就不再重復。

3.4 修改元素、查找元素

修改元素與查找元素實現的原理差不多，其中應該註意的是在修改或者查找元素之前，應該先判斷下需要查找的下標是否超出數組的長度，如果是的話，就應該拋出一個異常。ArrayList 是通過 rangeCheck 來判斷的。

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

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

ArrayList源碼解析