常用数据结构之ArrayList

前言

    ArrayList想必是广大Java程序员开发时最常用的数据结构了，但不一定对其原理都有了解，今天我将结合ArrayList的源码对其进行讲解。本文将围绕ArrayList主要特性（包括适用场景、初始大小、扩容等）、数据存放方式、核心方法实现、其他特性等四个方面进行讲解。

一、ArrayList特性

    ArrayList是基于数组的数据结构，与LinkedList相比，更加适合在查询多、增删操作少的场景下使用，并且它是非线程安全的，如果并发量比较大的场景，需要改用线程安全的版本或者用JUC包中的CopyOnWriteArrayList。

    它的初始数组大小为10，由下图所示的成员变量控制：

 

     当新加元素时原数组已经满了，则会触发扩容，扩容策略为将原数组长度*1.5，代码中是用右移位运算实现的，源码如下所示：

二、数据存放方式

    ArrayList是以数组的方式存放数据的，Object[]，如下所示：

三、核心方法实现

    我们看最常用的add方法：

public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // 如果已经满了，则扩容
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

    下面方法用于判断是否原数组已经满了，如果满了则扩容，不满且未初始化则初始化长度为10，否则不用变化

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
    }

    下面方法用于返回数组需要的最小长度。

private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        return minCapacity;
    }

    下面的方法用于判断是否需要扩容，如果需要则通过grow方法扩容。

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

        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0) // 如果需要的最小长度大于当前数组总长度，则走grow扩容
            grow(minCapacity);
    }

    下面的grow方法是控制扩容的核心方法：

private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        if (newCapacity - minCapacity < 0) // 如果扩容之后的长度小于需要的最小长度，则取最小长度为待扩容长度，这种情况一般不会出现
            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); // 创建新数组，将老数组的数据复制过去
    }

    注意复制数组时，用的Arrays.copyOf方法，该方法最终引用的是System.arraycopy这个native方法实现的数组复制。其他方法更加简单，此处就不一一粘贴源码解读了。

四、其他特性

1、关于modCount

    在看ArrayList源码的时候，会发现有一个变量是modCount，在增删改的方法中均涉及到对它的++操作。modCount属性是在AbstractList中定义出来的：

 

    可以把它理解成每个ArrayList的一个改动的版本号，只要ArrayList有改动，这个版本号就会+1。在通过迭代器对ArrayList里面的元素进行遍历操作时，每次都会比较一下这个版本号是否有变化，如果检测到预期之外的变化，就会抛出常见的那个异常-ConcurrentModificationException：

 

    ArrayList东西不多，实现也相对比较简单，面试时现在一般会跟Vector或者LinkedList进行比对或者作为多线程的一个引子来问，本文就先到这里，下一期对LinkedList进行解读。