JavaSE面试题——基于JDK1.8中ArrayList的实现原理（源码剖析）
Posted 张起灵-小哥
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了JavaSE面试题——基于JDK1.8中ArrayList的实现原理（源码剖析）相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
文章目录：
1.看看关于ArrayList源码开头的注释
Resizable-array implementation of the <tt>List</tt> interface. Implements all optional list operations, and permits all elements, including <tt>null</tt>. In addition to implementing the <tt>List</tt> interface,this class provides methods to manipulate the size of the array that is used internally to store the list. (This class is roughly equivalent to <tt>Vector</tt>, except that it is unsynchronized.)从这段注释中，我们可以得知 ArrayList 是一个动态数组，实现了 List 接口以及 list相关的所有方法，它允许所有元素的插入，包括 null。另外，ArrayList 和 Vector 除了线程不同步之外，大致相等。
- ArrayList集合底层采用的是Object类型的数组 Object[]。
- ArrayList是非线程安全的。
- ArrayList集合初始化容量是10，扩容是原容量的1.5倍。建议给定一个预估计的初始化容量，减少ArrayList数组的扩容次数，这也是ArrayList集合比较重要的优化策略。
- ArrayList集合中存储元素的特点：有序可重复，元素带有下标，从0开始，以1递增。
- ArrayList集合的优点：检索效率比较高，向数组末尾添加元素时效率也挺高的；缺点是：随机增删元素的效率比较低。
2.ArrayList中的属性
//默认容量大小为10
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
//空数组常量
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
//默认的空数组常量
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
//存放元素的数组，从这可以发现 ArrayList 的底层实现就是一个 Object 数组
transient Object[] elementData;
//数组中包含元素的个数
private int size;
//数组的最大上限
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;3.ArrayList中的方法
3.1 无参构造方法
默认情况下，我们 new ArrayList<>()，实际上就是创建了一个大小为0的空数组。
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}3.2 有参构造方法（参数为int）
当我们指定了初始大小的时候，elementData数组 的初始大小就变成了我们所指定的初始大小了。
当指定的 initialCapacity 参数为0时，作用就相当于无参构造；大于0时，直接创建大小为 initialCapacity 的数组；小于0则抛出非法参数异常。
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}3.3 get方法
因为 ArrayList 是采用数组结构来存储的，所以它的 get 方法非常简单，先是判断一下有没有越界，如果当前索引index超出了数组最大长度size，直接抛出数组下标越界异常；反之如果没用越界，就可以直接通过数组下标来获取元素了，所以 get 的时间复杂度是 O(1)。
public E get(int index) {
rangeCheck(index);
return elementData(index);
}private void rangeCheck(int index) {
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}E elementData(int index) {
return (E) elementData[index];
}3.4 grow方法
grow 方法是在数组进行扩容的时候用到的，从中我们可以看见，ArrayList 每次扩容都是在原容量的基础上扩 1.5 倍（
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);），然后调用 Arrays 类的 copyOf 方法，把元素重新拷贝到一个新的数组中去。
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);
}3.5 add方法
ArrayList 的 add 方法也很好理解，在插入元素之前，它会先检查是否需要扩容，然后再把元素添加到数组中最后一个元素的后面。在 ensureCapacityInternal 方法中，我们可以看见，如果当 elementData 为空数组时（ elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA ），它会使用默认的大小去扩容。所以说，通过无参构造方法来创建 ArrayList 时，它的大小其实是为 0 的，只有在使用到的时候，才会通过 grow 方法去创建一个大小为 10 的数组。
当插入元素的时候，它会将默认容量大小10与插入之后的数组长度作比较（ minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); ），取较大的那个值，然后到 ensureExplicitCapacity 方法中判断是否超出数组当前长度，如果超出，则调用grow方法进行扩容。
第一个 add 方法的复杂度为 O(1)，虽然有时候会涉及到扩容的操作，但是扩容的次数是非常少的，所以这一部分的时间可以忽略不计。如果使用的是带指定下标的 add方法，则复杂度为 O(n)，因为涉及到对数组中元素的移动，这一操作是非常耗时的。
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index);
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}3.6 set方法
set 方法的作用是把下标为 index 的元素替换成 element，同时返回替换之前的旧值。
同get方法十分类似，在替换元素之前，也是先通过 rangeCheck 方法判断一下下标index是否越界，越界直接抛异常；不越界的情况下，先通过 elementData 方法获取到当前索引对应的数组值，然后进行替换，最后返回替换之前的旧值。
public E set(int index, E element) {
rangeCheck(index);
E oldValue = elementData(index);
elementData[index] = element;
return oldValue;
}private void rangeCheck(int index) {
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}E elementData(int index) {
return (E) elementData[index];
}3.7 remove方法
移除元素也是先进行下标越界判断，然后获取到要移除元素的值。然后将旧数组从移除元素下标往后一位的所有内容拷贝到新数组中从移除元素下标的当前位置到最后，拷贝长度为numMoved，因为每移除一个元素，数组size-1，所以最后将数组长度最后的位置设置为null。返回被移除元素的值。
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;
}3.8 size方法
就是获取当前数组的长度（所存储的元素个数）。
public int size() {
return size;
}3.9 isEmpty方法
判断数组长度是否为0（换句话说：当前数组中是否有元素）。
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}3.10 indexOf方法
indexOf 方法的作用是返回第一个等于给定元素的值的下标。它是通过遍历比较数组中每个元素的值来查找的，所以它的时间复杂度是 O(n)。
public int indexOf(Object o) {
if (o == null) {
for (int i = 0; i < size; i++)
if (elementData[i]==null)
return i;
} else {
for (int i = 0; i < size; i++)
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
return -1;
}3.11 lastIndexOf方法
lastIndexOf 的原理跟 indexOf 一样，而它是返回最后一个等于给定元素的值的下标。仅仅是从后往前找起罢了。
public int lastIndexOf(Object o) {
if (o == null) {
for (int i = size-1; i >= 0; i--)
if (elementData[i]==null)
return i;
} else {
for (int i = size-1; i >= 0; i--)
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
return -1;
}3.12 clear方法
清空当前数组中的所有内容（设置为null），同时将数组长度size修改为0。
public void clear() {
modCount++;
// clear to let GC do its work
for (int i = 0; i < size; i++)
elementData[i] = null;
size = 0;
}3.13 contains方法
判断数组中是否包含某个元素。就是调用 indexOf 方法查找这个元素在数组中第一次出现的下标，只有下标大于等于0才表示存在，最终返回的是布尔值。
public boolean contains(Object o) {
return indexOf(o) >= 0;
}以上是关于JavaSE面试题——基于JDK1.8中ArrayList的实现原理（源码剖析）的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
源码解读JDK1.8 中 ConcurrentHashMap 不支持空键值对源码剖析