使用ArrayList时代码内部发生了什么（jdk1.7）？

前言

ArrayList（这里的ArrayList是基于jdk1.7）是在项目中经常使用的集合类，例如我们从数据库中查询出一组数据。这篇文章不去剖析它的继承和实现，只是让我们知道实例化及增删改查时它的内部代码是怎么实现的。

public class TestList {
	@Test
	public void testArrayList(){
		List<Integer> list = new ArrayList<>();
		
		for (int i = 0; i < 12; i++) {
			list.add(i);
		}
	}
}

　　

实例化

List<Integer> list = new ArrayList<>();

　　

我们先来看看上面这段实例化ArrayList时，内部发生了什么。

这调用的是ArrayList的无参构造函数，如下

public ArrayList() {
        super();
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
 } 

　　

步骤：

1. 调用父类的构造函数（AbstractList的构造函数）
2. 赋值elementData（一个空数组{}）

这里把ArrayList内部的属性说明下，一共有DEFAULT_CAPACITY、EMPTY_ELEMENTDATA、elementData、size。其中DEFAULT_CAPACITY和EMPTY_ELEMENTDATA是被定义为static和final的。而elementData是我们添加元素时存储的数组，size就是这个数组的大小，DEFAULT_CAPACITY就是数组默认的大小，EMPTY_ELEMENTDATA是一个空数组。

    /**
     * Default initial capacity.
     */
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

    /**
     * Shared empty array instance used for empty instances.
     */
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    /**
     * The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored.
     * The capacity of the ArrayList is the length of this array buffer. Any
     * empty ArrayList with elementData == EMPTY_ELEMENTDATA will be expanded to
     * DEFAULT_CAPACITY when the first element is added.
     */
    private transient Object[] elementData;

    /**
     * The size of the ArrayList (the number of elements it contains).
     *
     * @serial
     */
    private int size;

　　

实例化部分就到这里了，其他有参的这里就不做介绍，需要的可以自己去看看，接下来看看添加元素

添加元素

for (int i = 0; i < 12; i++) {
	list.add(i);
}

　　

这里循环添加了12个元素，是为了查看ArrayList的第一次扩容，接下来看看ArrayList里面是怎么实现的

add方法

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

　　

add方法中的步骤如下

1. 调用ensureCapacityInternal，传入参数（size+1）
2. elementData数组对象赋值
3. 返回true

ensureCapacityInternal方法

    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        if (elementData == EMPTY_ELEMENTDATA) {
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }

        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }

　　

这个方法中传入的参数名称为minCapacity，翻译为中文就是最小容量。

这个方法首先判断当前数组对象elementData是不是等于空对象EMPTY_ELEMENTDATA。大家可以看下实例化时elementData对象的赋值（如下）。

    public ArrayList() {
        super();
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    } 

　　

如果是，则最小容量minCapacity重新赋值为DEFAULT_CAPACITY和minCapacity中最大的一个数。

然后调用ensureExplicitCapacity方法。断点内容如下

minCapacity被赋值为DEFAULT_CAPACITY

接下来是ensureExplicitCapacity方法

ensureExplicitCapacity方法

    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;

        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }

　　

modCount是ArrayList的父类AbstractList的一个属性，记录被修改的次数，也是通过这个触发fail-fast机制的，这里不过多说明。

下面就是比较传入的最小容量minCapacity减去elementData数组的长度是否大于0（也就是最小容量minCapacity是否大于elementData数组的长度），是的话调用grow方法。

grow方法

这个方法就是ArrayList的扩容方法，接下来看看方法内部代码

    private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        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);
    }

　　

由于是第一次调用add方法，所以minCapacity值为ArrayList的默认容量10，如下

1. 接下来定义一个旧容量oldCapacity，值为elementData数组长度
2. 然后定义一个新容量newCapacity，值为旧容量oldCapacity加上（旧容量oldCapacity右移1位，也就是除以2，不四舍五入）
3. 接着比较新容量newCapacity和传入的最小容量minCapacity，谁大就赋值给新容量newCapacity
4. 如果新容量newCapacity比定义的数组最大容量MAX_ARRAY_SIZE还大的话，就调用hugeCapacity方法，看是否抛出异常还是赋最大值
5. 调用Arrays.copyOf进行数组扩容

获取元素

获取元素有三种方式

1. 迭代器Iterator遍历
2. 通过索引
3. foreach循环获取

这里就介绍下通过迭代器Iterator遍历吧。

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

　　

Itr是ArrayList一个实现Iterator的内部类，通过这个对象来获取ArrayList中存储的元素。代码如下

    /**
     * An optimized version of AbstractList.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();
        }
    }

　　

总结

当我们实例化ArrayList时（调用无参构造函数），这个对象里面存储元素的数组还只是一个空数组。

在第一次调用add方法时（也就是第一次添加元素时），对存储元素的数组elementData进行第一次扩容，扩容的数组长度为ArrayList内部定义的默认容量10,。

当插入第11个数组元素时，进行第二次扩容，扩容的长度为原先的容量加上（原先容量/2），即原先容量的1.5倍。扩容的长度规则是10>>15>>22>>33...