集合系列 List（二）：ArrayList
ArrayList 是 List 集合的列表經典實現，其底層採用定長陣列實現，可以根據集合大小進行自動擴容。
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable原理
為了深入理解 ArrayList 的原理，我們將從類成員變數、構造方法、核心方法兩個方面逐一介紹。
類成員變數
// 預設初始化大小 private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; // 空列表資料。初始化時如果沒有指定大小，則將此值賦予elementData private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {}; // 預設空列表資料。如果沒有指定大小，那麼將此值賦予elementData private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}; // 列表資料 transient Object[] elementData; // 列表大小 private int size;
構造方法
ArrayList 一共有 3 個構造方法：
// 空構造方法 public ArrayList() { this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA; } // 指定大小 public ArrayList(int initialCapacity) { if (initialCapacity > 0) { this.elementData = new Object[initialCapacity]; } else if (initialCapacity == 0) { this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; } else { throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity); } } // 指定初始集合 public ArrayList(Collection<? extends E> c) { elementData = c.toArray(); if ((size = elementData.length) != 0) { // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652) if (elementData.getClass() != Object[].class) elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class); } else { // replace with empty array. this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; } }
從第一個構造方法可以看到，如果沒有指定大小，那麼就將 elementData 賦值為 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA。而從第二個構造方法可以看到，如果指定了大小為 0，那麼就將 elementData 賦值為 EMPTY_ELEMENTDATA。
核心方法
在 ArrayList 中最為核心的是獲取、插入、刪除、擴容這幾個方法。
獲取
獲取的原始碼非常簡單，只需對 index 做有效性校驗。如果引數合法，那麼直接返回對應陣列下標的資料。
public E get(int index) { rangeCheck(index); return elementData(index); }
插入
插入一共有兩種實現方式，第一種是直接插入列表尾部，另一種是插入某個位置。
// 直接插入尾部
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
// 插入某個位置
public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index);
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}如果是直接插入尾部的話，那麼只需呼叫 ensureCapacityInternal 方法做容量檢測。如果空間足夠，那麼就插入，空間不夠就擴容後插入。
如果是插入的是某個位置，那麼就需要將 index 之後的所有元素後移以為，之後再將元素插入至 index 處。
刪除
ArrayList 的刪除方法有兩個，分別是：
- 刪除某個位置的元素：remove(int index)
- 刪除某個具體的元素：remove(Object o)
我們先來看第一個刪除方法：刪除某個位置的元素。
// 刪除某個位置的元素
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;
}上述程式碼的邏輯大致是這樣的：首先做引數範圍檢查，接著將 index 位置後的所有元素都往前挪一位，最後減少列表大小。
我們繼續看第二個刪除方法：刪除某個特定的元素。
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (elementData[index] == null) {
fastRemove(index);
return true;
}
} else {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (o.equals(elementData[index])) {
fastRemove(index);
return true;
}
}
return false;
}上述程式碼的邏輯大致是：首先，遍歷列表的所有元素，找到需要刪除的元素索引，最後呼叫 fastRemove 方法刪除該元素。我們繼續看看 fastRemove 方法的實現。
/*
* 用私有的方法 fastRemove 方法跳過邊界檢查，不返回刪除值。
*/
private void fastRemove(int index) {
modCount++;
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
}這裡會有一個疑問，那就是為什麼不直接複用 remove(int index) 方法，而要新寫一個方法呢？答案在 fastRemove 方法的註釋中已經寫了，就是為了跳過邊界檢查，提高效率。
擴容
擴容是 ArrayList 的核心方法，當插入的時候容量不足，便會觸發擴容。我們可以看到在插入的兩個方法中都呼叫了擴容方法——ensureCapacityInternal。
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}ensureCapacityInternal 方法直接呼叫 ensureExplicitCapacity 實現。
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}ensureExplicitCapacity 方法首先判斷容量是否足夠，如果不夠就呼叫 grow 方法擴容。
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);
}grow 方法的大致邏輯為：將原有列表容量擴大為原來的 1.5 倍。如果還是不夠，那麼直接擴大為最小容量（minCapacity）。
總結
經過上面的分析，我們可以知道 ArrayList 有如下特點：
- 底層基於陣列實現，讀取速度快，修改速度慢（讀取時間複雜度O(1)，修改時間複雜度O(N)）。
- 非執行緒安全。
- ArrayList 每次預設擴容為原來的 1.5 倍。