[Java知识库]简单说说ArrayList为什么是变长数组这回事儿

ArrayList是变长数组，但具体是怎么实现的？本文包括实例化、增加数据、查询数据、删除数据、修改数据，通过调试ArrayList源码，看看ArrayList的工作过程。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 22; i++) {
            System.out.println(i);
            list.add("" + i);
        }
        String s = list.get(1);
        System.out.println(s);

        list.remove(1);
        list.set(0,"01");
        System.out.println(list.get(0));
    }
}

1.实例化

先看ArrayList的构造方法ArrayList()源码

public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

其中：elementData 是一个Object类型的数组变量

transient Object[] elementData;

DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA是一个空的数组

private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

这样list就是一个长度为0的数组

2.增加数据

先看增加数据的方法add的源码

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

size初始化时为0，增加一个数据就是在size对应的数组位置赋值
但是数组开始为0，如果赋值肯定会报错，但是没有报错，重点在赋值之前的代码

ensureCapacityInternal(size + 1);

查看ensureCapacityInternal的源码

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

ensureCapacityInternal方法调用的两个方法的源码如下

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

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

在ArrayList源码中DEFAULT_CAPACITY 为10

private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

当添加数据时，先计算当前数据序号size+1，第一次添加数据，数据序号为1，需要判断数组是否可以存储当前的数据，不够则需要扩容，扩容使用的方法是grow，grow方法的源码如下：

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);
}

第一次添加数据会初始化数组位默认大小10，在添加第11个数据时，又会触发扩容，数组大小为增加10的一半，变成15；
添加第16个数据时会扩成20。每次添加数据时，会先判断数组容量是否已满，如果满了，则会触发扩容，实现动态扩容

3.查询数据

先看按照索引查询数据的方法源码

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

        return elementData(index);
    }

方法比较简单的，按照索引直接返回数组对应的数据，但是有个rangeCheck(index);看下源码不难看出，主要是判断索引是否溢出的问题

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

4.删除数据

通过源码可以看出，删除其实是把index+1之后的数据，覆盖index之后的数据，相当于把index+1开始的数据向前平移一个单位

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;
}

5.修改数据

通过源码可以不难看懂，就是对数组对应索引的数据进行重新赋值

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

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