ArrayList是以数组为基准的容器类，和LinkedList(链表)正好相反。因而ArrayList拥有更好的查找性能，增删操作则差一些。ArrayList封装了对于常规数组的操作，同时可以自动扩展容量。
下面对ArrayList的API进行归类：
1、构造函数：
①ArrayList() 以空数组进行构造
②ArrayList(int) 以指定大小的容量初始化数组
③ArrayList(Collection) 以指定集合构造ArrayList的数组元素
2、增加元素：
①boolean add(E) 在数组末尾加入指定元素
②void add(int,E) 在第一个参数指定的索引处插入元素，后面所有元素后移一个位置
③boolean addAll(Collection) 在数组末尾加入集合的所有元素
④boolean addAll(int,Collection) 在指定索引处加入集合所有元素
3、删除元素：
①E remove(int) 移除索引处元素，之后的所有元素前移一位
②boolean remove(Object) 查找到指定元素，删除之，未删除成功false
③void removeRange(int,int) 删除指定区间的所有元素，删除第一个索引处，但不删除最后一个索引处
④void clear() 删除所有元素
4、更改元素：
set(int,Object) 将指定索引处的值修改为指定的值
5、查找：
①E get(int) 返回指定索引处的元素
②boolean contains(Object) 确定是否包含该元素
③int indexOf(Object) 从前往后查找指定元素的索引，找不到返回-1
④int lastIndexOf(Object) 从后往前查找元素索引，找不到返回-1
⑤int size() 返回包含的元素个数
⑥boolean isEmpty() 确定数组是否为空
6、其他操作：
①Object[] toArray() 返回Object数组，每个Object对应ArrayList的一个元素
②T[] toArray(T[]) 返回T类型数组，每个T对应ArrayList的一个实际类型的元素
③void trimToSize() 删除数组最后冗余的值为null的元素
④void ensureCapacity(int) 使数组容量扩充为指定的容量
⑤Object clone() 复制一个除了内存地址其他信息完全一样的ArrayList
接下来进行源码解析
一、ArrayList包含的成员变量和常量：
transient Object[] array; //ArrayList的核心，所有操作都围绕它展开，ArrayList类似于数组的包装类 int size; //数组包含的实际元素个数，不是数组容量，为了满足添加元素时数组不必多次扩容，必须预先将容量设定为某个略大些的值。这样就不能用array.length得到元素个数了
二、构造函数3种
//不给参数，用空数组初始 public ArrayList() { array = EmptyArray.OBJECT; }
//用一个已有的容器对象初始化数组
public ArrayList(Collection<? extends E> collection) { if (collection == null) { throw new NullPointerException("collection == null"); } Object[] a = collection.toArray(); if (a.getClass() != Object[].class) {//这个过程看不懂 Object[] newArray = new Object[a.length]; System.arraycopy(a, 0, newArray, 0, a.length); //数组复制操作 a = newArray; } array = a; size = a.length; }
//用指定初始容量初始化数组，当容量可以确定的时候用这个方法可以避免多次更改数组大小，提高性能 public ArrayList(int capacity) { if (capacity < 0) { throw new IllegalArgumentException("capacity < 0: " + capacity); } array = (capacity == 0 ? EmptyArray.OBJECT : new Object[capacity]); }
三、增加元素
这应该是ArrayList中最复杂的操作了，因为涉及到容量扩充的操作，也是ArrayList和数组最大的区别——自动扩容。但是因为涉及到重新分配内存空间和数组整个复制，多次扩容会影响性能
@Override public boolean add(E object) { Object[] a = array; //用一个代表，减少书写量 int s = size; if (s == a.length) { //数组已满，必须先扩容 //注意这边的扩容策略，必须先开辟一片更大的内存空间，再执行数组复制操作 //具体新数组取多大，如果当前容量小于最小容量增长值的一半，则按这个值增长；否则即原来容量足够大，在原来容量基础上增加一半 Object[] newArray = new Object[s + (s < (MIN_CAPACITY_INCREMENT / 2) ? MIN_CAPACITY_INCREMENT : s >> 1)]; System.arraycopy(a, 0, newArray, 0, s); //数组复制操作 array = a = newArray; } a[s] = object; //现在容量足够了，在新数组末尾直接加上这个新元素 size = s + 1; //别忘了现在元素个数加了一个，必须保持同步 modCount++; //修改次数加1 return true; }
//对上面的扩容操作进行了抽象，可能因为上面的操作更频繁，所以直接把扩容操作写在代码里面以提高性能吧 private static int newCapacity(int currentCapacity) { int increment = (currentCapacity < (MIN_CAPACITY_INCREMENT / 2) ? MIN_CAPACITY_INCREMENT : currentCapacity >> 1); return currentCapacity + increment; } //在指定位置插入，除了数组复制操作的范围不同，其他都一样 @Override public void add(int index, E object) { Object[] a = array; int s = size; if (index > s || index < 0) { throwIndexOutOfBoundsException(index, s); } if (s < a.length) { System.arraycopy(a, index, a, index + 1, s - index); } else { // assert s == a.length; Object[] newArray = new Object[newCapacity(s)]; System.arraycopy(a, 0, newArray, 0, index); System.arraycopy(a, index, newArray, index + 1, s - index); array = a = newArray; } a[index] = object; size = s + 1; modCount++; }
四、删除元素
//这里数组相比链表的劣势就很明显了，删除指定位置的值很简单，但是为了保持后面操作的稳定性，必须将之后的所有值前移一个位置，需要O(n)的时间，而链表只要O(1)。 //这里得到一个很重要的启示：如果要移除多个连续的元素，用for循环配合这个方法会非常损耗性能，应该用下面的removeRange方法 @Override public E remove(int index) { Object[] a = array; int s = size; if (index >= s) { throwIndexOutOfBoundsException(index, s); } @SuppressWarnings("unchecked") E result = (E) a[index]; //因为每个元素都是Object类型，必须强转 System.arraycopy(a, index + 1, a, index, --s - index); a[s] = null; // 防止内存占用过多，不用的值置为null，给系统及时回收 size = s; modCount++; return result; } //移除连续区间的元素，只需执行一次arrayCopy操作 @Override protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) { if (fromIndex == toIndex) { return; } Object[] a = array; int s = size; if (fromIndex >= s) { throw new IndexOutOfBoundsException("fromIndex " + fromIndex + " >= size " + size); } if (toIndex > s) { throw new IndexOutOfBoundsException("toIndex " + toIndex + " > size " + size); } if (fromIndex > toIndex) { throw new IndexOutOfBoundsException("fromIndex " + fromIndex + " > toIndex " + toIndex); } System.arraycopy(a, toIndex, a, fromIndex, s - toIndex); int rangeSize = toIndex - fromIndex; Arrays.fill(a, s - rangeSize, s, null); //不用的索引处全部置null size = s - rangeSize; modCount++; } //需要依次对每一个元素进行比较，性能也不好 //可以看出这个方法只会删除第一个出现的元素，如果存在equals比较后相同的元素，还有遗留 @Override public boolean remove(Object object) { Object[] a = array; int s = size; if (object != null) { for (int i = 0; i < s; i++) { if (object.equals(a[i])) { System.arraycopy(a, i + 1, a, i, --s - i); a[s] = null; // Prevent memory leak size = s; modCount++; return true; } } } else { for (int i = 0; i < s; i++) { if (a[i] == null) { System.arraycopy(a, i + 1, a, i, --s - i); a[s] = null; // Prevent memory leak size = s; modCount++; return true; } } } return false; }
//这里可以看出是通过将每个元素依次置为null，也需要O(n)时间；并不改变数组容量 @Override public void clear() { if (size != 0) { Arrays.fill(array, 0, size, null); size = 0; modCount++; } }
五、修改元素值
//修改元素值很简单，跟数组操作一样，只要O(1)时间就能完成，同时返回被修改的旧值 @Override public E set(int index, E object) { Object[] a = array; if (index >= size) { throwIndexOutOfBoundsException(index, size); } @SuppressWarnings("unchecked") E result = (E) a[index]; a[index] = object; return result; }
六、查找操作
//查找操作是ArrayList最大的优势，因为数组在内存中占用连续的存储区域，只要O(1)时间就能找到指定索引所对应的值 @SuppressWarnings("unchecked") @Override public E get(int index) { if (index >= size) { throwIndexOutOfBoundsException(index, size); } return (E) array[index]; }
七、其他操作
关于ArrayList向数组转换（其实是返回ArrayList的成员数组的拷贝）
/*这两个方法经常会搞混，包括我初学的时候也不知道是怎么回事。第一种方法貌似很简单，但是因为返回的是Object数组，后续如果要对这个返回的数组操作一般要转换为具体的类型，就还要对该数组的每个元素都强转一次。 而第二个方法传入一个给定的数组，这个数组是指定了具体的类型的，因而返回后这个数组可以直接用。通常传入一个空数组 new T[]{}即可。 */ @Override public Object[] toArray() { int s = size; Object[] result = new Object[s]; System.arraycopy(array, 0, result, 0, s); return result; } /*这里有一点让我不明白，为什么泛型要选择T而不是E？如果T和E不一致，arraycopy操作会成功吗？*/ @Override public <T> T[] toArray(T[] contents) { int s = size; if (contents.length < s) { //如果提供的数组不够放，重新开辟内存 @SuppressWarnings("unchecked") T[] newArray = (T[]) Array.newInstance(contents.getClass().getComponentType(), s); contents = newArray; } System.arraycopy(this.array, 0, contents, 0, s); if (contents.length > s) { contents[s] = null; //这里也让我不明白，为什么只把s处置为null，s以后的不也应该置为null吗？ } return contents; }
