java集合框架02——ArrayList和源码分析

    上一章学习了Collection的架构,并阅读了部分源码,这一章开始,我们将对Collection的具体实现进行详细学习。首先学习List。而ArrayList又是List中最为常用的,因此本章先学习ArrayList。先对ArrayList有个整体的认识,然后学习它的源码,深入剖析ArrayList。

1. ArrayList简介

    首先看看ArrayList与Collection的关系:

《java集合框架02——ArrayList和源码分析》

    ArrayList的继承关系如下:

[java]
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  1. java.lang.Object  
  2.    ↳     java.util.AbstractCollection<E>  
  3.          ↳     java.util.AbstractList<E>  
  4.                ↳     java.util.ArrayList<E>  
  5.   
  6. public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>  
  7.         implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {}  
java.lang.Object
   ↳     java.util.AbstractCollection<E>
         ↳     java.util.AbstractList<E>
               ↳     java.util.ArrayList<E>

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {}

    ArrayList继承了AbstractList,实现了List。它是一个数组队列,相当于动态数组。提供了相关的添加、删除、修改和遍历等功能。

    ArrayList实现了RandomAccess接口,即提供了随机访问功能。RandomAccess是java中用来被List实现,为List提供快速访问功能的。在ArrayList中,我们即可以通过元素的序号来快速获取元素对象,这就是快速随机访问。下文会比较List的“快速随机访问”和使用“Iterator迭代器访问”的效率。

    ArrayList实现了Cloneable接口,即覆盖了函数clone(),能被克隆。

    ArrayList实现了java.io.Serializable接口,这意味着ArrayList支持序列化,能通过序列化去传输。

    和Vector不同,ArrayList中的操作是非线程安全的。所以建议在单线程中使用ArrayList,在多线程中选择Vector或者CopyOnWriteArrayList。

    我们先总览下ArrayList的构造函数和API

[java]
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  1. /****************** ArrayList中的构造函数 ***************/  
  2. // 默认构造函数  
  3. ArrayList()  
  4.   
  5. // capacity是ArrayList的默认容量大小。当由于增加数据导致容量不足时,容量会添加上一次容量大小的一半。  
  6. ArrayList(int capacity)  
  7.   
  8. // 创建一个包含collection的ArrayList  
  9. ArrayList(Collection<? extends E> collection)  
  10.   
  11. /****************** ArrayList中的API ********************/  
  12. // Collection中定义的API  
  13. boolean             add(E object)  
  14. boolean             addAll(Collection<? extends E> collection)  
  15. void                clear()  
  16. boolean             contains(Object object)  
  17. boolean             containsAll(Collection<?> collection)  
  18. boolean             equals(Object object)  
  19. int                 hashCode()  
  20. boolean             isEmpty()  
  21. Iterator<E>         iterator()  
  22. boolean             remove(Object object)  
  23. boolean             removeAll(Collection<?> collection)  
  24. boolean             retainAll(Collection<?> collection)  
  25. int                 size()  
  26. <T> T[]             toArray(T[] array)  
  27. Object[]            toArray()  
  28. // AbstractCollection中定义的API  
  29. void                add(int location, E object)  
  30. boolean             addAll(int location, Collection<? extends E> collection)  
  31. E                   get(int location)  
  32. int                 indexOf(Object object)  
  33. int                 lastIndexOf(Object object)  
  34. ListIterator<E>     listIterator(int location)  
  35. ListIterator<E>     listIterator()  
  36. E                   remove(int location)  
  37. E                   set(int location, E object)  
  38. List<E>             subList(int start, int end)  
  39. // ArrayList新增的API  
  40. Object               clone()  
  41. void                 ensureCapacity(int minimumCapacity)  
  42. void                 trimToSize()  
  43. void                 removeRange(int fromIndex, int toIndex)  
/****************** ArrayList中的构造函数 ***************/
// 默认构造函数
ArrayList()

// capacity是ArrayList的默认容量大小。当由于增加数据导致容量不足时,容量会添加上一次容量大小的一半。
ArrayList(int capacity)

// 创建一个包含collection的ArrayList
ArrayList(Collection<? extends E> collection)

/****************** ArrayList中的API ********************/
// Collection中定义的API
boolean             add(E object)
boolean             addAll(Collection<? extends E> collection)
void                clear()
boolean             contains(Object object)
boolean             containsAll(Collection<?> collection)
boolean             equals(Object object)
int                 hashCode()
boolean             isEmpty()
Iterator<E>         iterator()
boolean             remove(Object object)
boolean             removeAll(Collection<?> collection)
boolean             retainAll(Collection<?> collection)
int                 size()
<T> T[]             toArray(T[] array)
Object[]            toArray()
// AbstractCollection中定义的API
void                add(int location, E object)
boolean             addAll(int location, Collection<? extends E> collection)
E                   get(int location)
int                 indexOf(Object object)
int                 lastIndexOf(Object object)
ListIterator<E>     listIterator(int location)
ListIterator<E>     listIterator()
E                   remove(int location)
E                   set(int location, E object)
List<E>             subList(int start, int end)
// ArrayList新增的API
Object               clone()
void                 ensureCapacity(int minimumCapacity)
void                 trimToSize()
void                 removeRange(int fromIndex, int toIndex)

    ArrayList包含了两个重要的对象:elementData和size。

    elementData是Object[]类型的数组,它保存了添加到ArrayList中的元素。实际上,elementData是一个动态数组,我们能通过ArrayList(int initialCapacity)来执行它的初始容量为initialCapacity。如果通过不含参数的构造函数来创建ArrayList,则elementData是一个空数组(后面会调整其大小)。elementData数组的大小会根据ArrayList容量的增长而动态的增长,具体见下面的源码。

    size则是动态数组实际的大小。

2. ArrayList源码分析(基于JDK1.7)

        下面通过分析ArrayList的源码更加深入的了解ArrayList原理。由于ArrayList是通过数组实现的,所以源码比较容易理解:

[java]
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  1. package java.util;  
  2.   
  3. public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>  
  4.         implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable  
  5. {  
  6.     //序列版本号  
  7.     private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;  
  8.   
  9.     //默认初始化容量  
  10.     private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;  
  11.   
  12.     //空数组,用来实例化不带容量大小的构造函数  
  13.     private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};  
  14.   
  15.     //保存ArrayList中数据的数组  
  16.     private transient Object[] elementData;  
  17.   
  18.     //ArrayList中实际数据的数量  
  19.     private int size;  
  20.   
  21. /******************************** Constructor ***********************************/  
  22.   
  23.     //ArrayList带容量大小的构造函数  
  24.     public ArrayList(int initialCapacity) {  
  25.         super();  
  26.         if (initialCapacity < 0)  
  27.             throw new IllegalArgumentException(“Illegal Capacity: ”+  
  28.                                                initialCapacity);  
  29.         this.elementData = new Object[initialCapacity]; //新建一个数组初始化elementData  
  30.     }  
  31.     
  32.     //不带参数的构造函数  
  33.     public ArrayList() {  
  34.         super();  
  35.         this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;//使用空数组初始化elementData  
  36.     }  
  37.   
  38.     //用Collection来初始化ArrayList  
  39.     public ArrayList(Collection<? extends E> c) {  
  40.         elementData = c.toArray(); //将Collection中的内容转换成数组初始化elementData  
  41.         size = elementData.length;  
  42.         // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)  
  43.         if (elementData.getClass() != Object[].class)  
  44.             elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);  
  45.     }  
  46.   
  47. /********************************* Array size ************************************/  
  48.   
  49.     //重新“修剪”数组容量大小  
  50.     public void trimToSize() {  
  51.         modCount++;  
  52.         //当ArrayList中的元素个数小于elementData数组大小时,重新修整elementData到size大小  
  53.         if (size < elementData.length) {  
  54.             elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);  
  55.         }  
  56.     }  
  57.   
  58.     //给数组扩容,该方法是提供给外界调用的,是public的,真正扩容是在下面的private方法里  
  59.     public void ensureCapacity(int minCapacity) {  
  60.         int minExpand = (elementData != EMPTY_ELEMENTDATA)  
  61.             // any size if real element table  
  62.             ? 0  
  63.             // larger than default for empty table. It’s already supposed to be  
  64.             // at default size.  
  65.             : DEFAULT_CAPACITY;  
  66.   
  67.         if (minCapacity > minExpand) {  
  68.             ensureExplicitCapacity(minCapacity);  
  69.         }  
  70.     }  
  71.   
  72.     private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {  
  73.     //如果是个空数组  
  74.         if (elementData == EMPTY_ELEMENTDATA) {  
  75.         //取minCapacity和10的较大者  
  76.             minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);  
  77.         }  
  78.     //如果数组已经有数据了  
  79.         ensureExplicitCapacity(minCapacity);  
  80.     }  
  81.       
  82.     //确保数组容量大于ArrayList中元素个数  
  83.     private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {  
  84.         modCount++; //将“修改统计数”+1  
  85.   
  86.         //如果实际数据容量大于数组容量,就给数组扩容  
  87.         if (minCapacity – elementData.length > 0)  
  88.             grow(minCapacity);  
  89.     }  
  90.   
  91.     //分配的最大数组空间  
  92.     private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE – 8;  
  93.   
  94.     //增大数组空间  
  95.     private void grow(int minCapacity) {  
  96.         // overflow-conscious code  
  97.         int oldCapacity = elementData.length;  
  98.         int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); //在原来容量的基础上加上 oldCapacity/2  
  99.         if (newCapacity – minCapacity < 0)  
  100.             newCapacity = minCapacity; //最少保证容量和minCapacity一样  
  101.         if (newCapacity – MAX_ARRAY_SIZE > 0)  
  102.             newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); //最多不能超过最大容量  
  103.         // minCapacity is usually close to size, so this is a win:  
  104.         elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);  
  105.     }  
  106.   
  107.     private static int hugeCapacity(int minCapacity) {  
  108.         if (minCapacity < 0// overflow  
  109.             throw new OutOfMemoryError();  
  110.         return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?  
  111.             Integer.MAX_VALUE :  
  112.             MAX_ARRAY_SIZE;  
  113.     }  
  114.   
  115.     //返回ArrayList的实际大小  
  116.     public int size() {  
  117.         return size;  
  118.     }  
  119.   
  120.     //判断ArrayList是否为空  
  121.     public boolean isEmpty() {  
  122.         return size == 0;  
  123.     }   
  124.   
  125. /****************************** Search Operations *************************/  
  126.   
  127.     //判断ArrayList是否包含Object o  
  128.     public boolean contains(Object o) {  
  129.         return indexOf(o) >= 0;  
  130.     }  
  131.   
  132.     //正向查找,返回元素的索引值  
  133.     public int indexOf(Object o) {  
  134.         if (o == null) {  
  135.             for (int i = 0; i < size; i++)  
  136.                 if (elementData[i]==null)  
  137.                     return i;  
  138.         } else {  
  139.             for (int i = 0; i < size; i++)  
  140.                 if (o.equals(elementData[i]))  
  141.                     return i;  
  142.         }  
  143.         return –1;  
  144.     }  
  145.   
  146.     //反向查找,返回元素的索引值  
  147.     public int lastIndexOf(Object o) {  
  148.         if (o == null) {  
  149.             for (int i = size-1; i >= 0; i–)  
  150.                 if (elementData[i]==null)  
  151.                     return i;  
  152.         } else {  
  153.             for (int i = size-1; i >= 0; i–)  
  154.                 if (o.equals(elementData[i]))  
  155.                     return i;  
  156.         }  
  157.         return –1;  
  158.     }  
  159.   
  160. /******************************* Clone *********************************/  
  161.   
  162.     //克隆函数  
  163.     public Object clone() {  
  164.         try {  
  165.             @SuppressWarnings(“unchecked”)  
  166.                 ArrayList<E> v = (ArrayList<E>) super.clone();  
  167.         //将当前ArrayList的全部元素拷贝到v中  
  168.             v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);  
  169.             v.modCount = 0;  
  170.             return v;  
  171.         } catch (CloneNotSupportedException e) {  
  172.             // this shouldn’t happen, since we are Cloneable  
  173.             throw new InternalError();  
  174.         }  
  175.     }  
  176.   
  177. /********************************* toArray *****************************/  
  178.   
  179.     /** 
  180.     * 返回一个Object数组,包含ArrayList中所有的元素 
  181.     * toArray()方法扮演着array-based和collection-based API之间的桥梁 
  182.     */  
  183.     public Object[] toArray() {  
  184.         return Arrays.copyOf(elementData, size);  
  185.     }  
  186.   
  187.     //返回ArrayList的模板数组  
  188.     @SuppressWarnings(“unchecked”)  
  189.     public <T> T[] toArray(T[] a) {  
  190.     //如果数组a的大小 < ArrayList的元素个数,  
  191.     //则新建一个T[]数组,大小为ArrayList元素个数,并将“ArrayList”全部拷贝到新数组中。  
  192.         if (a.length < size)  
  193.             return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());  
  194.   
  195.     //如果数组a的大小 >= ArrayList的元素个数,  
  196.     //则将ArrayList全部拷贝到新数组a中。  
  197.         System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);  
  198.         if (a.length > size)  
  199.             a[size] = null;  
  200.         return a;  
  201.     }  
  202.   
  203. /******************** Positional Access Operations ********************/  
  204.   
  205.     @SuppressWarnings(“unchecked”)  
  206.     E elementData(int index) {  
  207.         return (E) elementData[index];  
  208.     }  
  209.   
  210.     //获取index位置的元素值  
  211.     public E get(int index) {  
  212.         rangeCheck(index); //首先判断index的范围是否合法  
  213.   
  214.         return elementData(index);  
  215.     }  
  216.   
  217.     //将index位置的值设为element,并返回原来的值  
  218.     public E set(int index, E element) {  
  219.         rangeCheck(index);  
  220.   
  221.         E oldValue = elementData(index);  
  222.         elementData[index] = element;  
  223.         return oldValue;  
  224.     }  
  225.   
  226.     //将e添加到ArrayList中  
  227.     public boolean add(E e) {  
  228.         ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!  
  229.         elementData[size++] = e;  
  230.         return true;  
  231.     }  
  232.   
  233.     //将element添加到ArrayList的指定位置  
  234.     public void add(int index, E element) {  
  235.         rangeCheckForAdd(index);  
  236.   
  237.         ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!  
  238.     //将index以及index之后的数据复制到index+1的位置往后,即从index开始向后挪了一位  
  239.         System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,  
  240.                          size – index);   
  241.         elementData[index] = element; //然后在index处插入element  
  242.         size++;  
  243.     }  
  244.   
  245.     //删除ArrayList指定位置的元素  
  246.     public E remove(int index) {  
  247.         rangeCheck(index);  
  248.   
  249.         modCount++;  
  250.         E oldValue = elementData(index);  
  251.   
  252.         int numMoved = size – index – 1;  
  253.         if (numMoved > 0)  
  254.         //向左挪一位,index位置原来的数据已经被覆盖了  
  255.             System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,  
  256.                              numMoved);  
  257.     //多出来的最后一位删掉  
  258.         elementData[–size] = null// clear to let GC do its work  
  259.   
  260.         return oldValue;  
  261.     }  
  262.   
  263.     //删除ArrayList中指定的元素  
  264.     public boolean remove(Object o) {  
  265.         if (o == null) {  
  266.             for (int index = 0; index < size; index++)  
  267.                 if (elementData[index] == null) {  
  268.                     fastRemove(index);  
  269.                     return true;  
  270.                 }  
  271.         } else {  
  272.             for (int index = 0; index < size; index++)  
  273.                 if (o.equals(elementData[index])) {  
  274.                     fastRemove(index);  
  275.                     return true;  
  276.                 }  
  277.         }  
  278.         return false;  
  279.     }  
  280.   
  281.     //private的快速删除与上面的public普通删除区别在于,没有进行边界判断以及不返回删除值  
  282.     private void fastRemove(int index) {  
  283.         modCount++;  
  284.         int numMoved = size – index – 1;  
  285.         if (numMoved > 0)  
  286.             System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,  
  287.                              numMoved);  
  288.         elementData[–size] = null// clear to let GC do its work  
  289.     }  
  290.   
  291.     //清空ArrayList,将全部元素置为null  
  292.     public void clear() {  
  293.         modCount++;  
  294.   
  295.         // clear to let GC do its work  
  296.         for (int i = 0; i < size; i++)  
  297.             elementData[i] = null;  
  298.   
  299.         size = 0;  
  300.     }  
  301.   
  302.     //将集合C中所有的元素添加到ArrayList中  
  303.     public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {  
  304.         Object[] a = c.toArray();  
  305.         int numNew = a.length;  
  306.         ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount  
  307.     //在原来数组的后面添加c中所有的元素  
  308.         System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);  
  309.         size += numNew;  
  310.         return numNew != 0;  
  311.     }  
  312.   
  313.     //从index位置开始,将集合C中所欲的元素添加到ArrayList中  
  314.     public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {  
  315.         rangeCheckForAdd(index);  
  316.   
  317.         Object[] a = c.toArray();  
  318.         int numNew = a.length;  
  319.         ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount  
  320.   
  321.         int numMoved = size – index;  
  322.         if (numMoved > 0)  
  323.         //将index开始向后的所有数据,向后移动numNew个位置,给新插入的数据腾出空间  
  324.             System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,  
  325.                              numMoved);  
  326.     //将集合C中的数据插到刚刚腾出的位置  
  327.         System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);  
  328.         size += numNew;  
  329.         return numNew != 0;  
  330.     }  
  331.   
  332.     //删除从fromIndex到toIndex之间的数据,不包括toIndex位置的数据  
  333.     protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {  
  334.         modCount++;  
  335.         int numMoved = size – toIndex;  
  336.         System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex,  
  337.                          numMoved);  
  338.   
  339.         // clear to let GC do its work  
  340.         int newSize = size – (toIndex-fromIndex);  
  341.         for (int i = newSize; i < size; i++) {  
  342.             elementData[i] = null;  
  343.         }  
  344.         size = newSize;  
  345.     }  
  346.       
  347.     //范围检测  
  348.     private void rangeCheck(int index) {  
  349.         if (index >= size)  
  350.             throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));  
  351.     }  
  352.   
  353.     //add和addAll方法中的范围检测  
  354.     private void rangeCheckForAdd(int index) {  
  355.         if (index > size || index < 0)  
  356.             throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));  
  357.     }  
  358.   
  359.     private String outOfBoundsMsg(int index) {  
  360.         return “Index: ”+index+“, Size: ”+size;  
  361.     }  
  362.   
  363.     //删除ArrayList中所有集合C中包含的数据  
  364.     public boolean removeAll(Collection<?> c) {  
  365.         return batchRemove(c, false);  
  366.     }  
  367.   
  368.     //删除ArrayList中除了集合C中包含的数据外的其他所有数据  
  369.     public boolean retainAll(Collection<?> c) {  
  370.         return batchRemove(c, true);  
  371.     }  
  372.       
  373.     //批量删除  
  374.     private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement) {  
  375.         final Object[] elementData = this.elementData;  
  376.         int r = 0, w = 0;  
  377.         boolean modified = false;  
  378.         try {  
  379.             for (; r < size; r++)  
  380.                 if (c.contains(elementData[r]) == complement)  
  381.                     elementData[w++] = elementData[r];  
  382.         } finally {  
  383.             // Preserve behavioral compatibility with AbstractCollection,  
  384.             // even if c.contains() throws.  
  385.         //官方的注释是为了保持和AbstractCollection的兼容性  
  386.         //我的理解是上面c.contains抛出了异常,导致for循环终止,那么必然会导致r != size  
  387.         //所以0-w之间是需要保留的数据,同时从w索引开始将剩下没有循环的数据(也就是从r开始的)拷贝回来,也保留  
  388.             if (r != size) {  
  389.                 System.arraycopy(elementData, r,  
  390.                                  elementData, w,  
  391.                                  size – r);  
  392.                 w += size – r;  
  393.             }  
  394.         //for循环完毕,检测了所有的元素  
  395.         //0-w之间保存了需要留下的数据,w开始以及后面的数据全部清空  
  396.             if (w != size) {  
  397.                 // clear to let GC do its work  
  398.                 for (int i = w; i < size; i++)  
  399.                     elementData[i] = null;  
  400.                 modCount += size – w;  
  401.                 size = w;  
  402.                 modified = true;  
  403.             }  
  404.         }  
  405.         return modified;  
  406.     }  
  407.   
  408. /***************************** Writer and Read Object *************************/  
  409.   
  410.     //java.io.Serializable的写入函数  
  411.     //将ArrayList的“容量、所有的元素值”都写入到输出流中  
  412.     private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)  
  413.         throws java.io.IOException{  
  414.         // Write out element count, and any hidden stuff  
  415.         int expectedModCount = modCount;  
  416.         s.defaultWriteObject();  
  417.   
  418.         // Write out size as capacity for behavioural compatibility with clone()  
  419.     //写入“数组的容量”,保持与clone()的兼容性  
  420.         s.writeInt(size);  
  421.   
  422.         //写入“数组的每一个元素”  
  423.         for (int i=0; i<size; i++) {  
  424.             s.writeObject(elementData[i]);  
  425.         }  
  426.   
  427.         if (modCount != expectedModCount) {  
  428.             throw new ConcurrentModificationException();  
  429.         }  
  430.     }  
  431.   
  432.     //java.io.Serializable的读取函数:根据写入方式读出  
  433.     private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)  
  434.         throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {  
  435.         elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;  
  436.   
  437.         // Read in size, and any hidden stuff  
  438.         s.defaultReadObject();  
  439.   
  440.         //从输入流中读取ArrayList的“容量”  
  441.         s.readInt(); // ignored  
  442.   
  443.         if (size > 0) {  
  444.             // be like clone(), allocate array based upon size not capacity  
  445.             ensureCapacityInternal(size);  
  446.   
  447.             Object[] a = elementData;  
  448.             //从输入流中将“所有元素值”读出  
  449.             for (int i=0; i<size; i++) {  
  450.                 a[i] = s.readObject();  
  451.             }  
  452.         }  
  453.     }  
  454.   
  455. /******************************** Iterators ************************************/  
  456.   
  457.     /** 
  458.     * 该部分的方法重写了AbstractList抽象类中Iterator部分的方法,因为ArrayList继承 
  459.     * 了AbstractList,基本大同小异,只是这里针对本类的数组,思想与AbstractList一致 
  460.     * 可以参照上一章Collection架构与源码分析的AbatractList部分 
  461.     */  
  462.     public ListIterator<E> listIterator(int index) {  
  463.         if (index < 0 || index > size)  
  464.             throw new IndexOutOfBoundsException(“Index: ”+index);  
  465.         return new ListItr(index);  
  466.     }  
  467.   
  468.     public ListIterator<E> listIterator() {  
  469.         return new ListItr(0);  
  470.     }  
  471.   
  472.     public Iterator<E> iterator() {  
  473.         return new Itr();  
  474.     }  
  475.   
  476.     private class Itr implements Iterator<E> {  
  477.         int cursor;       // index of next element to return  
  478.         int lastRet = –1// index of last element returned; -1 if no such  
  479.         int expectedModCount = modCount;  
  480.   
  481.         public boolean hasNext() {  
  482.             return cursor != size;  
  483.         }  
  484.   
  485.         @SuppressWarnings(“unchecked”)  
  486.         public E next() {  
  487.             checkForComodification();  
  488.             int i = cursor;  
  489.             if (i >= size)  
  490.                 throw new NoSuchElementException();  
  491.             Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;  
  492.             if (i >= elementData.length)  
  493.                 throw new ConcurrentModificationException();  
  494.             cursor = i + 1;  
  495.             return (E) elementData[lastRet = i];  
  496.         }  
  497.   
  498.         public void remove() {  
  499.             if (lastRet < 0)  
  500.                 throw new IllegalStateException();  
  501.             checkForComodification();  
  502.   
  503.             try {  
  504.                 ArrayList.this.remove(lastRet);  
  505.                 cursor = lastRet;  
  506.                 lastRet = –1;  
  507.                 expectedModCount = modCount;  
  508.             } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {  
  509.                 throw new ConcurrentModificationException();  
  510.             }  
  511.         }  
  512.   
  513.         final void checkForComodification() {  
  514.             if (modCount != expectedModCount)  
  515.                 throw new ConcurrentModificationException();  
  516.         }  
  517.     }  
  518.   
  519.     private class ListItr extends Itr implements ListIterator<E> {  
  520.         ListItr(int index) {  
  521.             super();  
  522.             cursor = index;  
  523.         }  
  524.   
  525.         public boolean hasPrevious() {  
  526.             return cursor != 0;  
  527.         }  
  528.   
  529.         public int nextIndex() {  
  530.             return cursor;  
  531.         }  
  532.   
  533.         public int previousIndex() {  
  534.             return cursor – 1;  
  535.         }  
  536.   
  537.         @SuppressWarnings(“unchecked”)  
  538.         public E previous() {  
  539.             checkForComodification();  
  540.             int i = cursor – 1;  
  541.             if (i < 0)  
  542.                 throw new NoSuchElementException();  
  543.             Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;  
  544.             if (i >= elementData.length)  
  545.                 throw new ConcurrentModificationException();  
  546.             cursor = i;  
  547.             return (E) elementData[lastRet = i];  
  548.         }  
  549.   
  550.         public void set(E e) {  
  551.             if (lastRet < 0)  
  552.                 throw new IllegalStateException();  
  553.             checkForComodification();  
  554.   
  555.             try {  
  556.                 ArrayList.this.set(lastRet, e);  
  557.             } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {  
  558.                 throw new ConcurrentModificationException();  
  559.             }  
  560.         }  
  561.   
  562.         public void add(E e) {  
  563.             checkForComodification();  
  564.   
  565.             try {  
  566.                 int i = cursor;  
  567.                 ArrayList.this.add(i, e);  
  568.                 cursor = i + 1;  
  569.                 lastRet = –1;  
  570.                 expectedModCount = modCount;  
  571.             } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {  
  572.                 throw new ConcurrentModificationException();  
  573.             }  
  574.         }  
  575.     }  
  576.   
  577.     public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) {  
  578.         subListRangeCheck(fromIndex, toIndex, size);  
  579.         return new SubList(this0, fromIndex, toIndex);  
  580.     }  
  581.   
  582.     static void subListRangeCheck(int fromIndex, int toIndex, int size) {  
  583.         if (fromIndex < 0)  
  584.             throw new IndexOutOfBoundsException(“fromIndex = ” + fromIndex);  
  585.         if (toIndex > size)  
  586.             throw new IndexOutOfBoundsException(“toIndex = ” + toIndex);  
  587.         if (fromIndex > toIndex)  
  588.             throw new IllegalArgumentException(“fromIndex(“ + fromIndex +  
  589.                                                ”) > toIndex(“ + toIndex + “)”);  
  590.     }  
  591.   
  592.     private class SubList extends AbstractList<E> implements RandomAccess {  
  593.         private final AbstractList<E> parent;  
  594.         private final int parentOffset;  
  595.         private final int offset;  
  596.         int size;  
  597.   
  598.         SubList(AbstractList<E> parent,  
  599.                 int offset, int fromIndex, int toIndex) {  
  600.             this.parent = parent;  
  601.             this.parentOffset = fromIndex;  
  602.             this.offset = offset + fromIndex;  
  603.             this.size = toIndex – fromIndex;  
  604.             this.modCount = ArrayList.this.modCount;  
  605.         }  
  606.   
  607.         public E set(int index, E e) {  
  608.             rangeCheck(index);  
  609.             checkForComodification();  
  610.             E oldValue = ArrayList.this.elementData(offset + index);  
  611.             ArrayList.this.elementData[offset + index] = e;  
  612.             return oldValue;  
  613.         }  
  614.   
  615.         public E get(int index) {  
  616.             rangeCheck(index);  
  617.             checkForComodification();  
  618.             return ArrayList.this.elementData(offset + index);  
  619.         }  
  620.   
  621.         public int size() {  
  622.             checkForComodification();  
  623.             return this.size;  
  624.         }  
  625.   
  626.         public void add(int index, E e) {  
  627.             rangeCheckForAdd(index);  
  628.             checkForComodification();  
  629.             parent.add(parentOffset + index, e);  
  630.             this.modCount = parent.modCount;  
  631.             this.size++;  
  632.         }  
  633.   
  634.         public E remove(int index) {  
  635.             rangeCheck(index);  
  636.             checkForComodification();  
  637.             E result = parent.remove(parentOffset + index);  
  638.             this.modCount = parent.modCount;  
  639.             this.size–;  
  640.             return result;  
  641.         }  
  642.   
  643.         protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {  
  644.             checkForComodification();  
  645.             parent.removeRange(parentOffset + fromIndex,  
  646.                                parentOffset + toIndex);  
  647.             this.modCount = parent.modCount;  
  648.             this.size -= toIndex – fromIndex;  
  649.         }  
  650.   
  651.         public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {  
  652.             return addAll(this.size, c);  
  653.         }  
  654.   
  655.         public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {  
  656.             rangeCheckForAdd(index);  
  657.             int cSize = c.size();  
  658.             if (cSize==0)  
  659.                 return false;  
  660.   
  661.             checkForComodification();  
  662.             parent.addAll(parentOffset + index, c);  
  663.             this.modCount = parent.modCount;  
  664.             this.size += cSize;  
  665.             return true;  
  666.         }  
  667.   
  668.         public Iterator<E> iterator() {  
  669.             return listIterator();  
  670.         }  
  671.   
  672.         public ListIterator<E> listIterator(final int index) {  
  673.             checkForComodification();  
  674.             rangeCheckForAdd(index);  
  675.             final int offset = this.offset;  
  676.   
  677.             return new ListIterator<E>() {  
  678.                 int cursor = index;  
  679.                 int lastRet = –1;  
  680.                 int expectedModCount = ArrayList.this.modCount;  
  681.   
  682.                 public boolean hasNext() {  
  683.                     return cursor != SubList.this.size;  
  684.                 }  
  685.   
  686.                 @SuppressWarnings(“unchecked”)  
  687.                 public E next() {  
  688.                     checkForComodification();  
  689.                     int i = cursor;  
  690.                     if (i >= SubList.this.size)  
  691.                         throw new NoSuchElementException();  
  692.                     Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;  
  693.                     if (offset + i >= elementData.length)  
  694.                         throw new ConcurrentModificationException();  
  695.                     cursor = i + 1;  
  696.                     return (E) elementData[offset + (lastRet = i)];  
  697.                 }  
  698.   
  699.                 public boolean hasPrevious() {  
  700.                     return cursor != 0;  
  701.                 }  
  702.   
  703.                 @SuppressWarnings(“unchecked”)  
  704.                 public E previous() {  
  705.                     checkForComodification();  
  706.                     int i = cursor – 1;  
  707.                     if (i < 0)  
  708.                         throw new NoSuchElementException();  
  709.                     Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;  
  710.                     if (offset + i >= elementData.length)  
  711.                         throw new ConcurrentModificationException();  
  712.                     cursor = i;  
  713.                     return (E) elementData[offset + (lastRet = i)];  
  714.                 }  
  715.   
  716.                 public int nextIndex() {  
  717.                     return cursor;  
  718.                 }  
  719.   
  720.                 public int previousIndex() {  
  721.                     return cursor – 1;  
  722.                 }  
  723.   
  724.                 public void remove() {  
  725.                     if (lastRet < 0)  
  726.                         throw new IllegalStateException();  
  727.                     checkForComodification();  
  728.   
  729.                     try {  
  730.                         SubList.this.remove(lastRet);  
  731.                         cursor = lastRet;  
  732.                         lastRet = –1;  
  733.                         expectedModCount = ArrayList.this.modCount;  
  734.                     } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {  
  735.                         throw new ConcurrentModificationException();  
  736.                     }  
  737.                 }  
  738.   
  739.                 public void set(E e) {  
  740.                     if (lastRet < 0)  
  741.                         throw new IllegalStateException();  
  742.                     checkForComodification();  
  743.   
  744.                     try {  
  745.                         ArrayList.this.set(offset + lastRet, e);  
  746.                     } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {  
  747.                         throw new ConcurrentModificationException();  
  748.                     }  
  749.                 }  
  750.   
  751.                 public void add(E e) {  
  752.                     checkForComodification();  
  753.   
  754.                     try {  
  755.                         int i = cursor;  
  756.                         SubList.this.add(i, e);  
  757.                         cursor = i + 1;  
  758.                         lastRet = –1;  
  759.                         expectedModCount = ArrayList.this.modCount;  
  760.                     } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {  
  761.                         throw new ConcurrentModificationException();  
  762.                     }  
  763.                 }  
  764.   
  765.                 final void checkForComodification() {  
  766.                     if (expectedModCount != ArrayList.this.modCount)  
  767.                         throw new ConcurrentModificationException();  
  768.                 }  
  769.             };  
  770.         }  
  771.   
  772.         public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) {  
  773.             subListRangeCheck(fromIndex, toIndex, size);  
  774.             return new SubList(this, offset, fromIndex, toIndex);  
  775.         }  
  776.   
  777.         private void rangeCheck(int index) {  
  778.             if (index < 0 || index >= this.size)  
  779.                 throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));  
  780.         }  
  781.   
  782.         private void rangeCheckForAdd(int index) {  
  783.             if (index < 0 || index > this.size)  
  784.                 throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));  
  785.         }  
  786.   
  787.         private String outOfBoundsMsg(int index) {  
  788.             return “Index: ”+index+“, Size: ”+this.size;  
  789.         }  
  790.   
  791.         private void checkForComodification() {  
  792.             if (ArrayList.this.modCount != this.modCount)  
  793.                 throw new ConcurrentModificationException();  
  794.         }  
  795.     }  
  796. }  
package java.util;

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
    //序列版本号
    private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;

    //默认初始化容量
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

    //空数组,用来实例化不带容量大小的构造函数
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    //保存ArrayList中数据的数组
    private transient Object[] elementData;

    //ArrayList中实际数据的数量
    private int size;

/******************************** Constructor ***********************************/

    //ArrayList带容量大小的构造函数
    public ArrayList(int initialCapacity) {
        super();
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        this.elementData = new Object[initialCapacity]; //新建一个数组初始化elementData
    }

    //不带参数的构造函数
    public ArrayList() {
        super();
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;//使用空数组初始化elementData
    }

    //用Collection来初始化ArrayList
    public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
        elementData = c.toArray(); //将Collection中的内容转换成数组初始化elementData
        size = elementData.length;
        // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
        if (elementData.getClass() != Object[].class)
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
    }

/********************************* Array size ************************************/

    //重新“修剪”数组容量大小
    public void trimToSize() {
        modCount++;
        //当ArrayList中的元素个数小于elementData数组大小时,重新修整elementData到size大小
        if (size < elementData.length) {
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
        }
    }

    //给数组扩容,该方法是提供给外界调用的,是public的,真正扩容是在下面的private方法里
    public void ensureCapacity(int minCapacity) {
        int minExpand = (elementData != EMPTY_ELEMENTDATA)
            // any size if real element table
            ? 0
            // larger than default for empty table. It's already supposed to be
            // at default size.
            : DEFAULT_CAPACITY;

        if (minCapacity > minExpand) {
            ensureExplicitCapacity(minCapacity);
        }
    }

    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    //如果是个空数组
        if (elementData == EMPTY_ELEMENTDATA) {
        //取minCapacity和10的较大者
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
    //如果数组已经有数据了
        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }

    //确保数组容量大于ArrayList中元素个数
    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++; //将“修改统计数”+1

        //如果实际数据容量大于数组容量,就给数组扩容
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }

    //分配的最大数组空间
    private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

    //增大数组空间
    private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); //在原来容量的基础上加上 oldCapacity/2
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity; //最少保证容量和minCapacity一样
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); //最多不能超过最大容量
        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

    private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
    }

    //返回ArrayList的实际大小
    public int size() {
        return size;
    }

    //判断ArrayList是否为空
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    } 

/****************************** Search Operations *************************/

    //判断ArrayList是否包含Object o
    public boolean contains(Object o) {
        return indexOf(o) >= 0;
    }

    //正向查找,返回元素的索引值
    public int indexOf(Object o) {
        if (o == null) {
            for (int i = 0; i < size; i++)
                if (elementData[i]==null)
                    return i;
        } else {
            for (int i = 0; i < size; i++)
                if (o.equals(elementData[i]))
                    return i;
        }
        return -1;
    }

    //反向查找,返回元素的索引值
    public int lastIndexOf(Object o) {
        if (o == null) {
            for (int i = size-1; i >= 0; i--)
                if (elementData[i]==null)
                    return i;
        } else {
            for (int i = size-1; i >= 0; i--)
                if (o.equals(elementData[i]))
                    return i;
        }
        return -1;
    }

/******************************* Clone *********************************/

    //克隆函数
    public Object clone() {
        try {
            @SuppressWarnings("unchecked")
                ArrayList<E> v = (ArrayList<E>) super.clone();
        //将当前ArrayList的全部元素拷贝到v中
            v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
            v.modCount = 0;
            return v;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            // this shouldn't happen, since we are Cloneable
            throw new InternalError();
        }
    }

/********************************* toArray *****************************/

    /**
    * 返回一个Object数组,包含ArrayList中所有的元素
    * toArray()方法扮演着array-based和collection-based API之间的桥梁
    */
    public Object[] toArray() {
        return Arrays.copyOf(elementData, size);
    }

    //返回ArrayList的模板数组
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public <T> T[] toArray(T[] a) {
    //如果数组a的大小 < ArrayList的元素个数,
    //则新建一个T[]数组,大小为ArrayList元素个数,并将“ArrayList”全部拷贝到新数组中。
        if (a.length < size)
            return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());

    //如果数组a的大小 >= ArrayList的元素个数,
    //则将ArrayList全部拷贝到新数组a中。
        System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);
        if (a.length > size)
            a[size] = null;
        return a;
    }

/******************** Positional Access Operations ********************/

    @SuppressWarnings("unchecked")
    E elementData(int index) {
        return (E) elementData[index];
    }

    //获取index位置的元素值
    public E get(int index) {
        rangeCheck(index); //首先判断index的范围是否合法

        return elementData(index);
    }

    //将index位置的值设为element,并返回原来的值
    public E set(int index, E element) {
        rangeCheck(index);

        E oldValue = elementData(index);
        elementData[index] = element;
        return oldValue;
    }

    //将e添加到ArrayList中
    public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

    //将element添加到ArrayList的指定位置
    public void add(int index, E element) {
        rangeCheckForAdd(index);

        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    //将index以及index之后的数据复制到index+1的位置往后,即从index开始向后挪了一位
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                         size - index); 
        elementData[index] = element; //然后在index处插入element
        size++;
    }

    //删除ArrayList指定位置的元素
    public E remove(int index) {
        rangeCheck(index);

        modCount++;
        E oldValue = elementData(index);

        int numMoved = size - index - 1;
        if (numMoved > 0)
        //向左挪一位,index位置原来的数据已经被覆盖了
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                             numMoved);
    //多出来的最后一位删掉
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work

        return oldValue;
    }

    //删除ArrayList中指定的元素
    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;
    }

    //private的快速删除与上面的public普通删除区别在于,没有进行边界判断以及不返回删除值
    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
    }

    //清空ArrayList,将全部元素置为null
    public void clear() {
        modCount++;

        // clear to let GC do its work
        for (int i = 0; i < size; i++)
            elementData[i] = null;

        size = 0;
    }

    //将集合C中所有的元素添加到ArrayList中
    public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
        Object[] a = c.toArray();
        int numNew = a.length;
        ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount
    //在原来数组的后面添加c中所有的元素
        System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
        size += numNew;
        return numNew != 0;
    }

    //从index位置开始,将集合C中所欲的元素添加到ArrayList中
    public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
        rangeCheckForAdd(index);

        Object[] a = c.toArray();
        int numNew = a.length;
        ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount

        int numMoved = size - index;
        if (numMoved > 0)
        //将index开始向后的所有数据,向后移动numNew个位置,给新插入的数据腾出空间
            System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,
                             numMoved);
    //将集合C中的数据插到刚刚腾出的位置
        System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
        size += numNew;
        return numNew != 0;
    }

    //删除从fromIndex到toIndex之间的数据,不包括toIndex位置的数据
    protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {
        modCount++;
        int numMoved = size - toIndex;
        System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex,
                         numMoved);

        // clear to let GC do its work
        int newSize = size - (toIndex-fromIndex);
        for (int i = newSize; i < size; i++) {
            elementData[i] = null;
        }
        size = newSize;
    }

    //范围检测
    private void rangeCheck(int index) {
        if (index >= size)
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }

    //add和addAll方法中的范围检测
    private void rangeCheckForAdd(int index) {
        if (index > size || index < 0)
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }

    private String outOfBoundsMsg(int index) {
        return "Index: "+index+", Size: "+size;
    }

    //删除ArrayList中所有集合C中包含的数据
    public boolean removeAll(Collection<?> c) {
        return batchRemove(c, false);
    }

    //删除ArrayList中除了集合C中包含的数据外的其他所有数据
    public boolean retainAll(Collection<?> c) {
        return batchRemove(c, true);
    }

    //批量删除
    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)
                    elementData[w++] = elementData[r];
        } finally {
            // Preserve behavioral compatibility with AbstractCollection,
            // even if c.contains() throws.
        //官方的注释是为了保持和AbstractCollection的兼容性
        //我的理解是上面c.contains抛出了异常,导致for循环终止,那么必然会导致r != size
        //所以0-w之间是需要保留的数据,同时从w索引开始将剩下没有循环的数据(也就是从r开始的)拷贝回来,也保留
            if (r != size) {
                System.arraycopy(elementData, r,
                                 elementData, w,
                                 size - r);
                w += size - r;
            }
        //for循环完毕,检测了所有的元素
        //0-w之间保存了需要留下的数据,w开始以及后面的数据全部清空
            if (w != size) {
                // clear to let GC do its work
                for (int i = w; i < size; i++)
                    elementData[i] = null;
                modCount += size - w;
                size = w;
                modified = true;
            }
        }
        return modified;
    }

/***************************** Writer and Read Object *************************/

    //java.io.Serializable的写入函数
    //将ArrayList的“容量、所有的元素值”都写入到输出流中
    private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
        throws java.io.IOException{
        // Write out element count, and any hidden stuff
        int expectedModCount = modCount;
        s.defaultWriteObject();

        // Write out size as capacity for behavioural compatibility with clone()
    //写入“数组的容量”,保持与clone()的兼容性
        s.writeInt(size);

        //写入“数组的每一个元素”
        for (int i=0; i<size; i++) {
            s.writeObject(elementData[i]);
        }

        if (modCount != expectedModCount) {
            throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }

    //java.io.Serializable的读取函数:根据写入方式读出
    private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
        throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
        elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;

        // Read in size, and any hidden stuff
        s.defaultReadObject();

        //从输入流中读取ArrayList的“容量”
        s.readInt(); // ignored

        if (size > 0) {
            // be like clone(), allocate array based upon size not capacity
            ensureCapacityInternal(size);

            Object[] a = elementData;
            //从输入流中将“所有元素值”读出
            for (int i=0; i<size; i++) {
                a[i] = s.readObject();
            }
        }
    }

/******************************** Iterators ************************************/

    /**
    * 该部分的方法重写了AbstractList抽象类中Iterator部分的方法,因为ArrayList继承
    * 了AbstractList,基本大同小异,只是这里针对本类的数组,思想与AbstractList一致
    * 可以参照上一章Collection架构与源码分析的AbatractList部分
    */
    public ListIterator<E> listIterator(int index) {
        if (index < 0 || index > size)
            throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);
        return new ListItr(index);
    }

    public ListIterator<E> listIterator() {
        return new ListItr(0);
    }

    public Iterator<E> iterator() {
        return new Itr();
    }

    private class Itr implements Iterator<E> {
        int cursor;       // index of next element to return
        int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such
        int expectedModCount = modCount;

        public boolean hasNext() {
            return cursor != size;
        }

        @SuppressWarnings("unchecked")
        public E next() {
            checkForComodification();
            int i = cursor;
            if (i >= size)
                throw new NoSuchElementException();
            Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
            if (i >= elementData.length)
                throw new ConcurrentModificationException();
            cursor = i + 1;
            return (E) elementData[lastRet = i];
        }

        public void remove() {
            if (lastRet < 0)
                throw new IllegalStateException();
            checkForComodification();

            try {
                ArrayList.this.remove(lastRet);
                cursor = lastRet;
                lastRet = -1;
                expectedModCount = modCount;
            } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
                throw new ConcurrentModificationException();
            }
        }

        final void checkForComodification() {
            if (modCount != expectedModCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }

    private class ListItr extends Itr implements ListIterator<E> {
        ListItr(int index) {
            super();
            cursor = index;
        }

        public boolean hasPrevious() {
            return cursor != 0;
        }

        public int nextIndex() {
            return cursor;
        }

        public int previousIndex() {
            return cursor - 1;
        }

        @SuppressWarnings("unchecked")
        public E previous() {
            checkForComodification();
            int i = cursor - 1;
            if (i < 0)
                throw new NoSuchElementException();
            Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
            if (i >= elementData.length)
                throw new ConcurrentModificationException();
            cursor = i;
            return (E) elementData[lastRet = i];
        }

        public void set(E e) {
            if (lastRet < 0)
                throw new IllegalStateException();
            checkForComodification();

            try {
                ArrayList.this.set(lastRet, e);
            } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
                throw new ConcurrentModificationException();
            }
        }

        public void add(E e) {
            checkForComodification();

            try {
                int i = cursor;
                ArrayList.this.add(i, e);
                cursor = i + 1;
                lastRet = -1;
                expectedModCount = modCount;
            } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
                throw new ConcurrentModificationException();
            }
        }
    }

    public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) {
        subListRangeCheck(fromIndex, toIndex, size);
        return new SubList(this, 0, fromIndex, toIndex);
    }

    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;

        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;
        }

        public E set(int index, E e) {
            rangeCheck(index);
            checkForComodification();
            E oldValue = ArrayList.this.elementData(offset + index);
            ArrayList.this.elementData[offset + index] = e;
            return oldValue;
        }

        public E get(int index) {
            rangeCheck(index);
            checkForComodification();
            return ArrayList.this.elementData(offset + index);
        }

        public int size() {
            checkForComodification();
            return this.size;
        }

        public void add(int index, E e) {
            rangeCheckForAdd(index);
            checkForComodification();
            parent.add(parentOffset + index, e);
            this.modCount = parent.modCount;
            this.size++;
        }

        public E remove(int index) {
            rangeCheck(index);
            checkForComodification();
            E result = parent.remove(parentOffset + index);
            this.modCount = parent.modCount;
            this.size--;
            return result;
        }

        protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {
            checkForComodification();
            parent.removeRange(parentOffset + fromIndex,
                               parentOffset + toIndex);
            this.modCount = parent.modCount;
            this.size -= toIndex - fromIndex;
        }

        public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
            return addAll(this.size, c);
        }

        public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
            rangeCheckForAdd(index);
            int cSize = c.size();
            if (cSize==0)
                return false;

            checkForComodification();
            parent.addAll(parentOffset + index, c);
            this.modCount = parent.modCount;
            this.size += cSize;
            return true;
        }

        public Iterator<E> iterator() {
            return listIterator();
        }

        public ListIterator<E> listIterator(final int index) {
            checkForComodification();
            rangeCheckForAdd(index);
            final int offset = this.offset;

            return new ListIterator<E>() {
                int cursor = index;
                int lastRet = -1;
                int expectedModCount = ArrayList.this.modCount;

                public boolean hasNext() {
                    return cursor != SubList.this.size;
                }

                @SuppressWarnings("unchecked")
                public E next() {
                    checkForComodification();
                    int i = cursor;
                    if (i >= SubList.this.size)
                        throw new NoSuchElementException();
                    Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
                    if (offset + i >= elementData.length)
                        throw new ConcurrentModificationException();
                    cursor = i + 1;
                    return (E) elementData[offset + (lastRet = i)];
                }

                public boolean hasPrevious() {
                    return cursor != 0;
                }

                @SuppressWarnings("unchecked")
                public E previous() {
                    checkForComodification();
                    int i = cursor - 1;
                    if (i < 0)
                        throw new NoSuchElementException();
                    Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
                    if (offset + i >= elementData.length)
                        throw new ConcurrentModificationException();
                    cursor = i;
                    return (E) elementData[offset + (lastRet = i)];
                }

                public int nextIndex() {
                    return cursor;
                }

                public int previousIndex() {
                    return cursor - 1;
                }

                public void remove() {
                    if (lastRet < 0)
                        throw new IllegalStateException();
                    checkForComodification();

                    try {
                        SubList.this.remove(lastRet);
                        cursor = lastRet;
                        lastRet = -1;
                        expectedModCount = ArrayList.this.modCount;
                    } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
                        throw new ConcurrentModificationException();
                    }
                }

                public void set(E e) {
                    if (lastRet < 0)
                        throw new IllegalStateException();
                    checkForComodification();

                    try {
                        ArrayList.this.set(offset + lastRet, e);
                    } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
                        throw new ConcurrentModificationException();
                    }
                }

                public void add(E e) {
                    checkForComodification();

                    try {
                        int i = cursor;
                        SubList.this.add(i, e);
                        cursor = i + 1;
                        lastRet = -1;
                        expectedModCount = ArrayList.this.modCount;
                    } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
                        throw new ConcurrentModificationException();
                    }
                }

                final void checkForComodification() {
                    if (expectedModCount != ArrayList.this.modCount)
                        throw new ConcurrentModificationException();
                }
            };
        }

        public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) {
            subListRangeCheck(fromIndex, toIndex, size);
            return new SubList(this, offset, fromIndex, toIndex);
        }

        private void rangeCheck(int index) {
            if (index < 0 || index >= this.size)
                throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
        }

        private void rangeCheckForAdd(int index) {
            if (index < 0 || index > this.size)
                throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
        }

        private String outOfBoundsMsg(int index) {
            return "Index: "+index+", Size: "+this.size;
        }

        private void checkForComodification() {
            if (ArrayList.this.modCount != this.modCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }
}

    总结一下:

    1). ArrayList实际上是通过一个数组去保存数据的,当我们构造ArrayList时,如果使用默认构造函数,最后ArrayList的默认容量大小是10。

    2). 当ArrayList容量不足以容纳全部元素时,ArrayList会自动扩张容量,新的容量 = 原始容量 + 原始容量 / 2。

    3). ArrayList的克隆函数,即是将全部元素克隆到一个数组中。

    4. ArrayList实现java.io.Serializable的方式。当写入到输出流时,先写入“容量”,再依次写出“每一个元素”;当读出输入流时,先读取“容量”,再依次读取“每一个元素”。

3. ArrayList遍历方式

    ArrayList支持三种遍历方式,下面我们逐个讨论:

    1). 通过迭代器遍历。即Iterator迭代器。

[java]
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?

  1. Integer value = null;  
  2. Iterator it = list.iterator();  
  3. while (it.hasNext()) {  
  4.     value = (Integer)it.next();  
  5. }  
Integer value = null;
Iterator it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
    value = (Integer)it.next();
}

    2). 随机访问,通过索引值去遍历。由于ArrayList实现了RandomAccess接口,所以它支持通过索引值去随机访问元素。

[java]
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?

  1. Integer value = null;  
  2. int size = list.size();  
  3. for (int i = 0; i < size; i++) {  
  4.     value = (Integer)list.get(i);          
  5. }  
Integer value = null;
int size = list.size();
for (int i = 0; i < size; i++) {
    value = (Integer)list.get(i);        
}

   3). 通过for循环遍历。

[java]
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print
?

  1. Integer value = null;  
  2. for (Integer integ : list) {  
  3.     value = integ;  
  4. }  
Integer value = null;
for (Integer integ : list) {
    value = integ;
}

        下面写了一个测试用例,比较这三种遍历方式的效率:

[java]
view plain
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print
?

  1. import java.util.*;  
  2.   
  3. /* 
  4.  * @description ArrayList三种遍历方式效率的测试 
  5.  * @author eson_15 
  6.  */  
  7. public class ArrayListRandomAccessTest {  
  8.   
  9.     public static void main(String[] args) {  
  10.         List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();  
  11.         for (int i=0; i<500000; i++)  
  12.             list.add(i);  
  13.         isRandomAccessSupported(list);//判断是否支持RandomAccess  
  14.         iteratorThroughRandomAccess(list) ;  
  15.         iteratorThroughIterator(list) ;  
  16.         iteratorThroughFor(list) ;  
  17.       
  18.     }  
  19.   
  20.     private static void isRandomAccessSupported(List<Integer> list) {  
  21.         if (list instanceof RandomAccess) {  
  22.             System.out.println(”RandomAccess implemented!”);  
  23.         } else {  
  24.             System.out.println(”RandomAccess not implemented!”);  
  25.         }  
  26.   
  27.     }  
  28.   
  29.     public static void iteratorThroughRandomAccess(List<Integer> list) {  
  30.   
  31.         long startTime;  
  32.         long endTime;  
  33.         startTime = System.currentTimeMillis();  
  34.         for (int i=0; i<list.size(); i++) {  
  35.             list.get(i);  
  36.         }  
  37.         endTime = System.currentTimeMillis();  
  38.         long interval = endTime – startTime;  
  39.         System.out.println(”RandomAccess遍历时间:” + interval+“ ms”);  
  40.     }  
  41.   
  42.     public static void iteratorThroughIterator(List<Integer> list) {  
  43.   
  44.         long startTime;  
  45.         long endTime;  
  46.         startTime = System.currentTimeMillis();  
  47.         for(Iterator<Integer> it = list.iterator(); it.hasNext(); ) {  
  48.             it.next();  
  49.         }  
  50.         endTime = System.currentTimeMillis();  
  51.         long interval = endTime – startTime;  
  52.         System.out.println(”Iterator遍历时间:” + interval+“ ms”);  
  53.     }  
  54.   
  55.   
  56.     @SuppressWarnings(“unused”)  
  57.     public static void iteratorThroughFor(List<Integer> list) {  
  58.   
  59.         long startTime;  
  60.         long endTime;  
  61.         startTime = System.currentTimeMillis();  
  62.         for(Object obj : list)  
  63.             ;  
  64.         endTime = System.currentTimeMillis();  
  65.         long interval = endTime – startTime;  
  66.         System.out.println(”For循环遍历时间:” + interval+“ ms”);  
  67.     }  
  68. }  
import java.util.*;

/*
 * @description ArrayList三种遍历方式效率的测试
 * @author eson_15
 */
public class ArrayListRandomAccessTest {

    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
        for (int i=0; i<500000; i++)
            list.add(i);
        isRandomAccessSupported(list);//判断是否支持RandomAccess
        iteratorThroughRandomAccess(list) ;
        iteratorThroughIterator(list) ;
        iteratorThroughFor(list) ;

    }

    private static void isRandomAccessSupported(List<Integer> list) {
        if (list instanceof RandomAccess) {
            System.out.println("RandomAccess implemented!");
        } else {
            System.out.println("RandomAccess not implemented!");
        }

    }

    public static void iteratorThroughRandomAccess(List<Integer> list) {

        long startTime;
        long endTime;
        startTime = System.currentTimeMillis();
        for (int i=0; i<list.size(); i++) {
            list.get(i);
        }
        endTime = System.currentTimeMillis();
        long interval = endTime - startTime;
        System.out.println("RandomAccess遍历时间:" + interval+" ms");
    }

    public static void iteratorThroughIterator(List<Integer> list) {

        long startTime;
        long endTime;
        startTime = System.currentTimeMillis();
        for(Iterator<Integer> it = list.iterator(); it.hasNext(); ) {
            it.next();
        }
        endTime = System.currentTimeMillis();
        long interval = endTime - startTime;
        System.out.println("Iterator遍历时间:" + interval+" ms");
    }


    @SuppressWarnings("unused")
    public static void iteratorThroughFor(List<Integer> list) {

        long startTime;
        long endTime;
        startTime = System.currentTimeMillis();
        for(Object obj : list)
            ;
        endTime = System.currentTimeMillis();
        long interval = endTime - startTime;
        System.out.println("For循环遍历时间:" + interval+" ms");
    }
}

    每次执行的结果会有一点点区别,在这里我统计了6次执行结果,见下表:

 

RandomAccess(ms)

Iterator(ms)

For(ms)

第一次

5

8

7

第二次

4

7

7

第三次

5

8

10

第四次

5

7

6

第五次

5

8

7

第六次

5

7

6

平均

4.8

7.5

7.1

    由此可见,遍历ArrayList时,使用随机访问(即通过索引号访问)效率最高,而使用迭代器的效率最低。

4. toArray()异常问题

    当我们调用ArrayList中的toArray()方法时,可能会遇到”java.lang.ClassCastException”异常的情况,下面来讨论下出现的原因:

    ArrayList中提供了2个toArray()方法:

[java]
view plain
copy
print
?

  1. Object[] toArray()  
  2. <T> T[] toArray(T[] contents)  
Object[] toArray()
<T> T[] toArray(T[] contents)

    调用toArray()函数会抛出”java.lang.ClassCastException”异常,但是调用toArray(T[] contents)能正常返回T[]。toArray()会抛出异常是因为toArray()返回的是Object[]数组,将Object[]转换为其它类型(比如将Object[]转换为Integer[])则会抛出“java.lang.ClassCastException”异常,因为java不支持向下转型。解决该问题的办法是调用<T> T[] toArray(T[] contents),而不是Object[] toArray()。

    调用<T> T[] toArray(T[] contents)返回T[]可以通过以下几种方式实现:

[java]
view plain
copy
print
?

  1. // toArray(T[] contents)调用方式一  
  2. public static Integer[] vectorToArray1(ArrayList<Integer> v) {  
  3.     Integer[] newText = new Integer[v.size()];  
  4.     v.toArray(newText);  
  5.     return newText;  
  6. }  
  7.   
  8. // toArray(T[] contents)调用方式二。<span style=”color:#FF6666;”>最常用!</span>  
  9. public static Integer[] vectorToArray2(ArrayList<Integer> v) {  
  10.     Integer[] newText = (Integer[])v.toArray(new Integer[v.size()]);  
  11.     return newText;  
  12. }  
  13.   
  14. // toArray(T[] contents)调用方式三  
  15. public static Integer[] vectorToArray3(ArrayList<Integer> v) {  
  16.     Integer[] newText = new Integer[v.size()];  
  17.     Integer[] newStrings = (Integer[])v.toArray(newText);  
  18.     return newStrings;  
  19. }  
// toArray(T[] contents)调用方式一
public static Integer[] vectorToArray1(ArrayList<Integer> v) {
    Integer[] newText = new Integer[v.size()];
    v.toArray(newText);
    return newText;
}

// toArray(T[] contents)调用方式二。<span style="color:#FF6666;">最常用!</span>
public static Integer[] vectorToArray2(ArrayList<Integer> v) {
    Integer[] newText = (Integer[])v.toArray(new Integer[v.size()]);
    return newText;
}

// toArray(T[] contents)调用方式三
public static Integer[] vectorToArray3(ArrayList<Integer> v) {
    Integer[] newText = new Integer[v.size()];
    Integer[] newStrings = (Integer[])v.toArray(newText);
    return newStrings;
}

    三种方式都大同小异。

    ArrayList源码就讨论这么多,如有错误,欢迎留言指正~

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    原文作者:java集合源码分析
    原文地址: https://blog.csdn.net/PORSCHE_GT3RS/article/details/78327767
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