【Java基础】ArrayList工作原理

1. ArrayList

   以数组实现。节约空间，但数组有容量限制。超出限制时会增加50%容量，用System.arraycopy（）复制到新的数组。因此最好能给出数组大小的预估值。默认第一次插入元素时创建大小为10的数组。按数组下标访问元素－get（i）、set（i,e）的性能很高，这是数组的基本优势。如果按下标插入元素、删除元素－add（i,e）、remove（i）、remove（e），则要用System.arraycopy（）来复制移动部分受影响的元素，性能就变差了。越是前面的元素，修改时要移动的元素越多。直接在数组末尾加入元素－常用的add（e），删除最后一个元素则无影响。

   ArrayList是一个相对来说比较简单的数据结构，最重要的一点就是它的自动扩容。

2. 构造方法

   ArrayList提供了三个构造方法：

   1. ArrayList(int initialCapacity)：指定容量
   2. ArrayList()：构造一个默认容量为10的ArrayList
   3. ArrayList(Collection<? extends E> c)：构造一个指定Collection的ArrayList

3. add

    // 添加指定元素到list末尾
    public boolean add(E e) {
        // 检查是否需要扩容
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        // 赋值
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }
    
    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            // 比较默认的容量10和传入的容量，返回大点的数
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        //扩容
        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }
    
    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        // 记录修改次数
        modCount++;

        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }
    
    private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        // 记录当前list的容量
        int oldCapacity = elementData.length;
        // 扩展为原来的1.5倍
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        // 如果扩展1.5倍还不能满足，直接扩展为需求值
        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);
    }

也就是说，当增加数据的时候，如果ArrayList的大小已经不满足需求时，那么数组大小就会变为原来的1.5倍，之后就是把老的数据拷贝新的数组里面。例如我创建的list的容量时10，当我们已经添加了10个元素的之后，再添加就会进行自动扩容到15。

4. get，set

    public E get(int index) {
        rangeCheck(index);

        return elementData(index);
    }
    
    public E set(int index, E element) {
        rangeCheck(index);

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

get()和set()就比较简单了，进行范围检查后就可以进行对应的操作了。由于ArrayList是动态数组，所以我们完全可以根据下标来获取ArrayList中的元素，而且速度还比较快，故ArrayList长于随机访问。

5. remove

    public E remove(int index) {
        rangeCheck(index);

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

        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

        return oldValue;
    }

remove()首先进行范围检查，然后计算移动的开始位置，如果大于0的话就进行移动并返回旧值

参考文章：

1. http://yikun.github.io/2015/04/04/Java-ArrayList工作原理及实现/