一起来说说ArrayList

从 ArrayList 的构造函数说起

ArrayList有三种方式来初始化，构造方法源码如下：

/**    * 默认初始容量大小*/privatestaticfinalintDEFAULT_CAPACITY=10;privatestaticfinalObject[]DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA={};/**    *默认构造函数，使用初始容量10构造一个空列表(无参数构造)*/publicArrayList() {this.elementData=DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;    }/**    * 带初始容量参数的构造函数。（用户自己指定容量）*/publicArrayList(intinitialCapacity) {if(initialCapacity>0) {//初始容量大于0//创建initialCapacity大小的数组this.elementData=newObject[initialCapacity];        }elseif(initialCapacity==0) {//初始容量等于0//创建空数组this.elementData=EMPTY_ELEMENTDATA;        }else{//初始容量小于0，抛出异常thrownewIllegalArgumentException("Illegal Capacity:"+initialCapacity);        }    }/**    *构造包含指定collection元素的列表，这些元素利用该集合的迭代器按顺序返回    *如果指定的集合为null，throws NullPointerException。 */publicArrayList(Collectionc) {        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;        }    }

细心的同学一定会发现 ：以无参数构造方法创建 ArrayList 时，实际上初始化赋值的是一个空数组。当真正对数组进行添加元素操作时，才真正分配容量。即向数组中添加第一个元素时，数组容量扩为10。 下面在我们分析 ArrayList 扩容时会降到这一点内容！

二 一步一步分析 ArrayList 扩容机制

这里以无参构造函数创建的 ArrayList 为例分析

1. 先来看 add 方法

/**    * 将指定的元素追加到此列表的末尾。 */publicbooleanadd(Ee) {//添加元素之前，先调用ensureCapacityInternal方法ensureCapacityInternal(size+1);//Increments modCount!!//这里看到ArrayList添加元素的实质就相当于为数组赋值elementData[size++]=e;returntrue;    }

2. 再来看看 ensureCapacityInternal() 方法

可以看到 add 方法 首先调用了ensureCapacityInternal(size + 1)

//得到最小扩容量privatevoidensureCapacityInternal(intminCapacity) {if(elementData==DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {//获取默认的容量和传入参数的较大值minCapacity=Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);        }        ensureExplicitCapacity(minCapacity);    }

当 要 add 进第1个元素时，minCapacity为1，在Math.max()方法比较后，minCapacity 为10。

3. ensureExplicitCapacity() 方法

如果调用 ensureCapacityInternal() 方法就一定会进过（执行）这个方法，下面我们来研究一下这个方法的源码！

//判断是否需要扩容privatevoidensureExplicitCapacity(intminCapacity) {        modCount++;//overflow-conscious codeif(minCapacity-elementData.length>0)//调用grow方法进行扩容，调用此方法代表已经开始扩容了grow(minCapacity);    }

我们来仔细分析一下：

当我们要 add 进第1个元素到 ArrayList 时，elementData.length 为0 （因为还是一个空的 list），因为执行了 ensureCapacityInternal() 方法 ，所以 minCapacity 此时为10。此时，minCapacity - elementData.length > 0 成立，所以会进入 grow(minCapacity) 方法。

当add第2个元素时，minCapacity 为2，此时e lementData.length(容量)在添加第一个元素后扩容成 10 了。此时，minCapacity - elementData.length > 0 不成立，所以不会进入 （执行）grow(minCapacity) 方法。

添加第3、4···到第10个元素时，依然不会执行grow方法，数组容量都为10。

直到添加第11个元素，minCapacity(为11)比elementData.length（为10）要大。进入grow方法进行扩容。

4. grow() 方法

/**    * 要分配的最大数组大小*/privatestaticfinalintMAX_ARRAY_SIZE=Integer.MAX_VALUE-8;/**    * ArrayList扩容的核心方法。*/privatevoidgrow(intminCapacity) {//oldCapacity为旧容量，newCapacity为新容量intoldCapacity=elementData.length;//将oldCapacity 右移一位，其效果相当于oldCapacity /2，//我们知道位运算的速度远远快于整除运算，整句运算式的结果就是将新容量更新为旧容量的1.5倍，intnewCapacity=oldCapacity+(oldCapacity>>1);//然后检查新容量是否大于最小需要容量，若还是小于最小需要容量，那么就把最小需要容量当作数组的新容量，if(newCapacity-minCapacity<0)            newCapacity=minCapacity;//如果新容量大于 MAX_ARRAY_SIZE,进入(执行) `hugeCapacity()` 方法来比较 minCapacity 和 MAX_ARRAY_SIZE，//如果minCapacity大于最大容量，则新容量则为`Integer.MAX_VALUE`，否则，新容量大小则为 MAX_ARRAY_SIZE 即为 `Integer.MAX_VALUE - 8`。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);    }

int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1),所以 ArrayList 每次扩容之后容量都会变为原来的 1.5 倍！ 记清楚了！不是网上很多人说的 1.5 倍+1！

">>"（移位运算符）：>>1 右移一位相当于除2，右移n位相当于除以 2 的 n 次方。这里 oldCapacity 明显右移了1位所以相当于oldCapacity /2。对于大数据的2进制运算,位移运算符比那些普通运算符的运算要快很多,因为程序仅仅移动一下而已,不去计算,这样提高了效率,节省了资源

我们再来通过例子探究一下grow() 方法 ：

当add第1个元素时，oldCapacity 为0，经比较后第一个if判断成立，newCapacity = minCapacity(为10)。但是第二个if判断不会成立，即newCapacity 不比 MAX_ARRAY_SIZE大，则不会进入 hugeCapacity 方法。数组容量为10，add方法中 return true,size增为1。

当add第11个元素进入grow方法时，newCapacity为15，比minCapacity（为11）大，第一个if判断不成立。新容量没有大于数组最大size，不会进入hugeCapacity方法。数组容量扩为15，add方法中return true,size增为11。

以此类推······

这里补充一点比较重要，但是容易被忽视掉的知识点：

java 中的 length 属性是针对数组说的,比如说你声明了一个数组,想知道这个数组的长度则用到了 length 这个属性.

java 中的 length() 方法是针对字符串说的,如果想看这个字符串的长度则用到 length() 这个方法.

java 中的 size() 方法是针对泛型集合说的,如果想看这个泛型有多少个元素,就调用此方法来查看!

5. hugeCapacity() 方法。

从上面 grow() 方法源码我们知道： 如果新容量大于 MAX_ARRAY_SIZE,进入(执行) hugeCapacity() 方法来比较 minCapacity 和 MAX_ARRAY_SIZE，如果minCapacity大于最大容量，则新容量则为Integer.MAX_VALUE，否则，新容量大小则为 MAX_ARRAY_SIZE 即为 Integer.MAX_VALUE - 8。

privatestaticinthugeCapacity(intminCapacity) {if(minCapacity<0)//overflowthrownewOutOfMemoryError();//对minCapacity和MAX_ARRAY_SIZE进行比较//若minCapacity大，将Integer.MAX_VALUE作为新数组的大小//若MAX_ARRAY_SIZE大，将MAX_ARRAY_SIZE作为新数组的大小//MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;return(minCapacity>MAX_ARRAY_SIZE)?Integer.MAX_VALUE:MAX_ARRAY_SIZE;    }

三 System.arraycopy() 和 Arrays.copyOf()方法

阅读源码的话，我们就会发现 ArrayList 中大量调用了这两个方法。比如：我们上面讲的扩容操作以及add(int index, E element)、toArray() 等方法中都用到了该方法！

3.1 System.arraycopy() 方法

/**    * 在此列表中的指定位置插入指定的元素。      *先调用 rangeCheckForAdd 对index进行界限检查；然后调用 ensureCapacityInternal 方法保证capacity足够大；    *再将从index开始之后的所有成员后移一个位置；将element插入index位置；最后size加1。*/publicvoidadd(intindex,Eelement) {        rangeCheckForAdd(index);        ensureCapacityInternal(size+1);//Increments modCount!!//arraycopy()方法实现数组自己复制自己//elementData:源数组;index:源数组中的起始位置;elementData：目标数组；index + 1：目标数组中的起始位置； size - index：要复制的数组元素的数量；System.arraycopy(elementData, index, elementData, index+1, size-index);        elementData[index]=element;        size++;    }

我们写一个简单的方法测试以下：

publicclassArraycopyTest{publicstaticvoidmain(String[]args) {//TODO Auto-generated method stubint[] a=newint[10];a[0]=0;a[1]=1;a[2]=2;a[3]=3;System.arraycopy(a,2, a,3,3);a[2]=99;for(inti=0; i<a.length; i++) {System.out.println(a[i]);}}}

结果：

0 1 99 2 3 0 0 0 0 0

3.2 Arrays.copyOf()方法

/**    以正确的顺序返回一个包含此列表中所有元素的数组（从第一个到最后一个元素）; 返回的数组的运行时类型是指定数组的运行时类型。 */publicObject[] toArray() {//elementData：要复制的数组；size：要复制的长度returnArrays.copyOf(elementData, size);    }

个人觉得使用 Arrays.copyOf()方法主要是为了给原有数组扩容，测试代码如下：

publicclassArrayscopyOfTest{publicstaticvoidmain(String[]args) {int[] a=newint[3];a[0]=0;a[1]=1;a[2]=2;int[] b=Arrays.copyOf(a,10);System.out.println("b.length"+b.length);}}

结果：

10

3.3 两者联系和区别

联系：

看两者源代码可以发现 copyOf() 内部实际调用了 System.arraycopy() 方法

区别：

arraycopy() 需要目标数组，将原数组拷贝到你自己定义的数组里或者原数组，而且可以选择拷贝的起点和长度以及放入新数组中的位置 copyOf() 是系统自动在内部新建一个数组，并返回该数组。

四 ensureCapacity方法

ArrayList 源码中有一个 ensureCapacity 方法不知道大家注意到没有，这个方法 ArrayList 内部没有被调用过，所以很显然是提供给用户调用的，那么这个方法有什么作用呢？

/**    如有必要，增加此 ArrayList 实例的容量，以确保它至少可以容纳由minimum capacity参数指定的元素数。    **@paramminCapacity  所需的最小容量*/publicvoidensureCapacity(intminCapacity) {intminExpand=(elementData!=DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)//any size if not default element table?0//larger than default for default empty table. It's already//supposed to be at default size.:DEFAULT_CAPACITY;if(minCapacity>minExpand) {            ensureExplicitCapacity(minCapacity);        }    }

最好在 add 大量元素之前用 ensureCapacity 方法，以减少增量从新分配的次数

我们通过下面的代码实际测试以下这个方法的效果：

publicclassEnsureCapacityTest{publicstaticvoidmain(String[]args) {ArrayListlist=newArrayList();finalintN=10000000;longstartTime=System.currentTimeMillis();for(inti=0; i<N; i++) {list.add(i);}longendTime=System.currentTimeMillis();System.out.println("使用ensureCapacity方法前："+(endTime-startTime));list=newArrayList();longstartTime1=System.currentTimeMillis();list.ensureCapacity(N);for(inti=0; i<N; i++) {list.add(i);}longendTime1=System.currentTimeMillis();System.out.println("使用ensureCapacity方法后："+(endTime1-startTime1));}}

运行结果：

使用ensureCapacity方法前：4637

使用ensureCapacity方法后：241

通过运行结果，我们可以很明显的看出向 ArrayList 添加大量元素之前最好先使用ensureCapacity 方法，以减少增量从新分配的次数