常用數據結構之ArrayList

前言

    ArrayList想必是廣大Java程序員開發時最常用的數據結構了，但不一定對其原理都有了解，今天我將結合ArrayList的源碼對其進行講解。本文將圍繞ArrayList主要特性（包括適用場景、初始大小、擴容等）、數據存放方式、核心方法實現、其他特性等四個方面進行講解。

一、ArrayList特性

    ArrayList是基於數組的數據結構，與LinkedList相比，更加適合在查詢多、增刪操作少的場景下使用，並且它是非線程安全的，如果並發量比較大的場景，需要改用線程安全的版本或者用JUC包中的CopyOnWriteArrayList。

    它的初始數組大小為10，由下圖所示的成員變量控制：

 

     當新加元素時原數組已經滿了，則會觸發擴容，擴容策略為將原數組長度*1.5，代碼中是用右移位運算實現的，源碼如下所示：

二、數據存放方式

    ArrayList是以數組的方式存放數據的，Object[]，如下所示：

三、核心方法實現

    我們看最常用的add方法：

public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // 如果已經滿了，則擴容
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

    下面方法用於判斷是否原數組已經滿了，如果滿了則擴容，不滿且未初始化則初始化長度為10，否則不用變化

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

    下面方法用於返回數組需要的最小長度。

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

    下面的方法用於判斷是否需要擴容，如果需要則通過grow方法擴容。

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

        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0) // 如果需要的最小長度大於當前數組總長度，則走grow擴容
            grow(minCapacity);
    }

    下面的grow方法是控制擴容的核心方法：

private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        if (newCapacity - minCapacity < 0) // 如果擴容之后的長度小於需要的最小長度，則取最小長度為待擴容長度，這種情況一般不會出現
            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); // 創建新數組，將老數組的數據復制過去
    }

    注意復制數組時，用的Arrays.copyOf方法，該方法最終引用的是System.arraycopy這個native方法實現的數組復制。其他方法更加簡單，此處就不一一粘貼源碼解讀了。

四、其他特性

1、關於modCount

    在看ArrayList源碼的時候，會發現有一個變量是modCount，在增刪改的方法中均涉及到對它的++操作。modCount屬性是在AbstractList中定義出來的：

 

    可以把它理解成每個ArrayList的一個改動的版本號，只要ArrayList有改動，這個版本號就會+1。在通過迭代器對ArrayList里面的元素進行遍歷操作時，每次都會比較一下這個版本號是否有變化，如果檢測到預期之外的變化，就會拋出常見的那個異常-ConcurrentModificationException：

 

    ArrayList東西不多，實現也相對比較簡單，面試時現在一般會跟Vector或者LinkedList進行比對或者作為多線程的一個引子來問，本文就先到這里，下一期對LinkedList進行解讀。