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ArrayList是我们开发中最常用到的集合，但是很多人对它的源码并不了解，导致面试时，面试官问的稍微深入的问题，就无法作答，今天我们一起来探究一下ArrayList源码。

1. 简介

• ArrayList底层是数组，允许元素是null，能够动态扩容
• size、isEmpty、get、set、add 等方法时间复杂度都是 O (1)
• 非线程安全，并发修改时，会抛出ConcurrentModificationException

2. 初始化

// 初始容量
private static final int DEFAULT\_CAPACITY = 10;

// 空数组
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

// 默认空数组
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

// 存储元素的数组
transient Object[] elementData;

// 无参初始化，默认是空数组
public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

// 有参初始化，指定容量大小
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);
    }
}

切记：无参初始化的时候，默认是空数组，并没有初始化容量大小，容量是在第一次添加元素的才进行初始化。

3. 添加元素

public boolean add(E e) {
  // 确保数组容量够用，size是元素个数
  ensureCapacityInternal(size + 1);
  // 直接赋值
  elementData[size++] = e;
  return true;
}

// 确保数组容量够用
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}

// 计算所需最小容量
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
    // 如果数组等于空数组，最小容量为10
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }
    return minCapacity;
}

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;
    // 如果所需最小容量大于数组长度，就进行扩容
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        grow(minCapacity);
}

看一下扩容逻辑：

// 扩容，就是把旧数据拷贝到新数组里面
private void grow(int minCapacity) {
  int oldCapacity = elementData.length;
  // oldCapacity >> 1 是把oldCapacity除以2，意思是1.5倍扩容
  int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);

  // 如果扩容后的容量小于最小容量，扩容后的容量就等于最小容量
  if (newCapacity - minCapacity < 0)
    newCapacity = minCapacity;

  // 如果扩容后的容量大于Integer的最大值，就用Integer最大值
  if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
    newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);

  // 扩容并赋值给原数组
  elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

可以看到：

• 扩容是以原容量的1.5倍扩容，并不是翻倍扩容
• 最大容量是Integer的最大值
• 添加元素时，没有对元素校验，可以是null

再看一下数组拷贝的逻辑，这里都是Arrays类里面的方法了：

/**
 * @param original 原数组
 * @param newLength 新的容量大小
 */
public static  T[] copyOf(T[] original, int newLength) {
 return (T[]) copyOf(original, newLength, original.getClass());
}

public static  T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class <span class="hljs-keyword"extends T[]> newType) {
 // 创建一个新数组，容量是新的容量大小
 T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class)
 ? (T[]) new Object[newLength]
 : (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength);
 // 把原数组的元素拷贝到新数组
 System.arraycopy(original, 0, copy, 0,
 Math.min(original.length, newLength));
 return copy;
}

最终调用了System类的数组拷贝方法，是native方法：

/**
 * @param src 原数组
 * @param srcPos 原数组的开始位置
 * @param dest 目标数组
 * @param destPos 目标数组的开始位置
 * @param length 被拷贝的长度
 */
public static native void arraycopy(Object src, int srcPos,
 Object dest, int destPos,
 int length);

4. 删除单个元素

public boolean remove(Object o) {
    // 判断要删除的元素是否为null
    if (o == null) {
        // 遍历数组
        for (int index = 0; index < size; index++)
            // 如果和当前位置上的元素相等，就删除当前位置上的元素
            if (elementData[index] == null) {
                fastRemove(index);
                return true;
            }
    } else {
        // 遍历数组
        for (int index = 0; index < size; index++)
            // 如果和当前位置上的元素相等，就删除当前位置上的元素
            if (o.equals(elementData[index])) {
                fastRemove(index);
                return true;
            }
    }
    return false;
}

// 删除该位置上的元素
private void fastRemove(int index) {
    modCount++;
    // 计算需要移动的元素的个数
    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        // 从index+1位置开始拷贝，也就是后面的元素整体向左移动一个位置
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
    // 数组最后一个元素赋值为null，防止会导致内存泄漏
    elementData[--size] = null;
}

可以知道，删除元素，就是遍历数组，循环比较是否等于目标值。如果相等，就把该位置后面的元素整体向左移动一个位置，再把数组最后一个元素赋值为null。

5. 批量删除

// 批量删除ArrayList和集合c都存在的元素
public boolean removeAll(Collection c) {
    // 非空校验
    Objects.requireNonNull(c);
    // 批量删除
    return batchRemove(c, false);
}

private boolean batchRemove(Collection c, boolean complement){
    final Object[] elementData = this.elementData;
    int r = 0, w = 0;
    boolean modified = false;
    try {
        for (; r < size; r++)
            if (c.contains(elementData[r]) == complement)
                // 把需要保留的元素左移
                elementData[w++] = elementData[r];
    } finally {
                // 当出现异常的时候，可能不相等
        if (r != size) {
            // 1：可能是上面的for循环出现了异常
            // 2：可能是其它线程添加了元素
            System.arraycopy(elementData, r,
                             elementData, w,
                             size - r);
            w += size - r;
        }
        // 把不需要保留的元素赋值为null
        if (w != size) {
            for (int i = w; i < size; i++)
                elementData[i] = null;
            modCount += size - w;
            size = w;
            modified = true;
        }
    }
    return modified;
}

可以知道，批量删除的时候，只会进行一次数组拷贝，比用for循环单个删除效率更高，所以删除一批元素的时候，尽量用removeAll()方法。

5. 总结

本文分析了ArrayList的初始化、put、add、remove、动态扩容等方法的底层源码，相信大家对于ArrayList有了更深层次的了解，下篇一块学习一下LinkedList的源码。

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