Java源码解读系列：ArrayList

Posted 2021-03-08 Java团长

本文简单介绍了 ArrayList，并对扩容，添加，删除操作的源代码做分析。能力有限，欢迎指正。

ArrayList是什么？

ArrayList 就是数组列表，主要用来装载数据。底层实现是数组 Object[] elementData，当我们装载的是基本数据类型 int, long, boolean, shot...的时候我们只能存储他们对应的包装类型。

与它类似的是 LinkedList，和 LinkedList 相比，它的查找和访问元素的速度较快，但新增，删除的速度较慢。

线程安全吗？

线程不安全。

正常使用场景中，ArrayList 都是用来查询，不会涉及太频繁的增删，如果涉及频繁的增删，可以使用 LinkedList。如果需要线程安全就使用 Vector。

Vector 是 ArrayList 的线程安全版本，实现方式就是在所有方法加上synchronized，性能较差。

如何扩容？

因为数组的大小是固定，当容量超出了现有数组的大小，就需要进行扩容。

private void grow(int minCapacity) {
    // overflow-conscious code
    int oldCapacity = elementData.length;
    // 每次扩大原有容量的一半
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    // 如果扩大一半后还是无法满足，则使用minCapacity
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    // 如果超过最大size，则获取最大容量的数组
    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);
}

为什么说ArrayList插入效率低？

原因有两点：

1. 新增就要检测容量够不够，如果不够就需要扩容
2. 尾部新增比较快，如果是在数组头部或者中部新增就会慢很多，因为要把后面的元素全部往后移一位
3. 把元素往后移一位使用的是复制 System.arraycopy()，它是native方法（java定义了接口，其他语言进行实现），所以比较快

/**
 * 添加在尾部
 */
public boolean add(E e) {
    // 检查容量
    ensureCapacityInternal(size + 1);
    // 添加在尾部
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

/**
 * 按指定位置添加
 */
public void add(int index, E element) {
    // 检查index
    rangeCheckForAdd(index);

    // 检查容量
    ensureCapacityInternal(size + 1);
    // index后面的元素全部往后移一位
    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                        size - index);
    elementData[index] = element;
    size++;
}

删除元素效率如何？

效率和新增差不多，都是要移动元素，但是不需要检查容量和扩容。

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

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

    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        // index后面的元素全部往前移一位
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                            numMoved);
    elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work

    return oldValue;
}

适合做队列吗？

非常不适合。

队列是FIFO，在尾巴进，头部出，出的时候需要移动后面所有数据，效率很低。链表比较适合做队列。

new ArrayList<>(18) 会不会初始化数组大小？

不会初始化数组大小！！！

这是Java Bug。

而且将构造函数与initialCapcity结合使用，然后使用set()方法会抛出异常。

public static void main(String[] args) {
    ArrayList<Integer> a = new ArrayList<>(12);
    System.out.println(a.size());
    a.set(3, 3);
}

总结

1. 底层实现是数组 Object[] elementData
2. 查找和访问元素的速度较快，但新增，删除的速度较慢
3. 线程不安全
4. 每次扩容原有数组大小的一半