JDK源码阅读——ArrayList

序

如同C语言中字符数组向String过渡一样，作为面向对象语言，自然而然的出现了由Object[]数据形成的集合。本文从JDK源码出发简单探讨一下ArrayList的几个重要方法。

Fields

    //序列化Id保证了集合是可以进行RPC通信的
    private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
    //作为一个普通Object[]数组，集合的默认长度是10
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
    //这里声明一个空Object数组，用来标示空集合
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    //默认长度的Object数组
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    //真正存储数据的的Object数组，transient保证不会参与序列化
    transient Object[] elementData; 
    //当前ArrayList的长度
    private int size;

构造器

//当用户指定了容量的时候，elementData就是新new出来的Object数组，如果长度指定为0则等于声明的空Object数组。不支持负数长度。
 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);
        }
    }

    //若用户没有指定长度，构造一个默认长度为10的空Object数组。
    public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
    //如果传入的是集合类，则拷贝出一个新的Object数组存放用户输入的数组内容
    public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
        elementData = c.toArray();
        if ((size = elementData.length) != 0) {
            // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
            //根据c的声明方式不同，c.toArray()得到的结果类型是不同的。虽然elementData声明的是Object数组，但是如果c.toArray()不是Object数组类型，elementData无法存放Object类型。所以这里做了判断，如果是这种情况，重新拷贝一份新的Object数组。
            //关于这点特性可以参考http://blog.csdn.net/aitangyong/article/details/30274749?utm_source=tuicool&utm_medium=referral
            if (elementData.getClass() != Object[].class)
                elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
        } else {
            // 如果传入的长度为0，则elementData等于声明的空数组
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        }
    }

内部方法

 //由于elementData会进行扩容，扩容机制见下文。所以会生成一些没有用的位置，通过trimToSize方法啊重新生成一段实际长度的Object数组。长度全为有效长度。
    public void trimToSize() {
        modCount++;
        if (size < elementData.length) {
            elementData = (size == 0)
              ? EMPTY_ELEMENTDATA
              : Arrays.copyOf(elementData, size);
        }
    }

    //核心功能，提前扩容。当需要扩容的空间很大的时候，可以通过这个以前一次性扩容，否则会一次次慢慢扩容。这种方式效率很高。
    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;
        // 如果用户希望的大小大于当前的容量，则进行扩容
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }
        //扩容方法
        private void grow(int minCapacity) {
        // 新容量为老容量的1.5倍
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        //如果新容量依然没有达到用户期望的长度，则以用户输入的容量为准扩容。
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        //如果新容量已经特别大接近极限了，进行最大程度的扩容
        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);
    }

    //最大程度扩容方法
    private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        //如果用户期待的容量很大，比最大整数还大就是负数了，则OOM
        if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
            //否则就给最大的空间
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
    }

    //新增元素
    public void add(int index, E element) {
        //检查索引，不合法就异常
        rangeCheckForAdd(index);
        //进行扩容，首先进行+1扩容
        ensureCapacityInternal(size + 1); 
        //将index后面的统一往后移动，所以add效率很低
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index);
        elementData[index] = element;
        size++;
    }

    //删除元素
    public E remove(int index) {
        //索引合法性检查
        rangeCheck(index);
        modCount++;
        E oldValue = elementData(index);
        int numMoved = size - index - 1;
        if (numMoved > 0)
            //统一往前移动
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,numMoved);
        //把最后一个空出来的赋值null，方便gc回收
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
        return oldValue;
    }

//取子列表方法
public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) {
        subListRangeCheck(fromIndex, toIndex, size);
        return new SubList(this, 0, fromIndex, toIndex);
    }

    //检查参数
    static void subListRangeCheck(int fromIndex, int toIndex, int size) {
        if (fromIndex < 0)
            throw new IndexOutOfBoundsException("fromIndex = " + fromIndex);
        if (toIndex > size)
            throw new IndexOutOfBoundsException("toIndex = " + toIndex);
        if (fromIndex > toIndex)
            throw new IllegalArgumentException("fromIndex(" + fromIndex +") > toIndex(" + toIndex + ")");
    }

    private class SubList extends AbstractList<E> implements RandomAccess {
        private final AbstractList<E> parent;
        private final int parentOffset;
        private final int offset;
        int size;

        //依然是原始数组，不过是声明了一个不同的其实与结尾坐标，总体逻辑和外部类ArrayList基本相同
        SubList(AbstractList<E> parent,
                int offset, int fromIndex, int toIndex) {
            this.parent = parent;
            this.parentOffset = fromIndex;
            this.offset = offset + fromIndex;
            this.size = toIndex - fromIndex;
            this.modCount = ArrayList.this.modCount;
        }

    //jdk1.7以后List本身有了sort功能，不用再通过Collections.sort来排序了
    @Override
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public void sort(Comparator<? super E> c) {
        final int expectedModCount = modCount;
        Arrays.sort((E[]) elementData, 0, size, c);
        if (modCount != expectedModCount) {
            throw new ConcurrentModificationException();
        }
        modCount++;
    }

总结

ArrayList的源码重点在于：
1. 扩容的时候按照原容量的1.5倍扩容
2. 若需要的容量很大，可以通过ensureCapacity进行提前一步到位扩容，或者直接通过构造器声明一个大的ArrayList。
3. 对Object[]进行操作的时候都是通过System.arraycopy进行的，这是一个native方法，直接操作内存，等同于C语言中的底层方法。