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ArrayList簡介

ArrayList是基於數組實現的，是一個動態數組，其容量能自動增長，類似於C語言中的動態申請內存，動態增長內存。

ArrayList不是線程安全的，只能用在單線程環境下，多線程環境下可以考慮用Collections.synchronizedList(List l)函數返回一個線程安全的ArrayList類，也可以使用concurrent併發包下的CopyOnWriteArrayList類。

ArrayList實現了Serializable接口，因此它支持序列化，能夠通過序列化傳輸，實現了RandomAccess接口，支持快速隨機訪問，實際上就是通過下標序號進行快速訪問，實現了Cloneable接口，能被克隆。

關於ArrayList的源碼，給出幾點比較重要的總結：

1、注意其三個不同的構造方法。無參構造方法構造的ArrayList的容量默認為10，帶有Collection參數的構造方法，將Collection轉化為數組賦給ArrayList的實現數組elementData。

2、注意擴充容量的方法ensureCapacity。ArrayList在每次增加元素（可能是1個，也可能是一組）時，都要調用該方法來確保足夠的容量。當容量不足以容納當前的元素個數時，就設置新的容量為舊的容量的1.5倍加1，如果設置後的新容量還不夠，則直接新容量設置為傳入的參數（也就是所需的容量），而後用Arrays.copyof()方法將元素拷貝到新的數組（詳見下面的第3點）。從中可以看出，當容量不夠時，每次增加元素，都要將原來的元素拷貝到一個新的數組中，非常之耗時，也因此建議在事先能確定元素數量的情況下，才使用ArrayList，否則建議使用LinkedList。

3、ArrayList的實現中大量地調用了Arrays.copyof()和System.arraycopy()方法。我們有必要對這兩個方法的實現做下深入的瞭解。

首先來看Arrays.copyof()方法。它有很多個重載的方法，但實現思路都是一樣的，我們來看泛型版本的源碼：

public static  T[] copyOf(T[] original, int newLength) { 
 return (T[]) copyOf(original, newLength, original.getClass()); 
}

很明顯調用了另一個copyof方法，該方法有三個參數，最後一個參數指明要轉換的數據的類型，其源碼如下：

public static  T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class extends T[]> newType) { 
 T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class) 
 ? (T[]) new Object[newLength] 
 : (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength); 
 System.arraycopy(original, 0, copy, 0, 
 Math.min(original.length, newLength)); 
 return copy; 
}

這裡可以很明顯地看出，該方法實際上是在其內部又創建了一個長度為newlength的數組，調用System.arraycopy()方法，將原來數組中的元素複製到了新的數組中。

下面來看System.arraycopy()方法。該方法被標記了native，調用了系統的C/C++代碼，在JDK中是看不到的，但在openJDK中可以看到其源碼。該函數實際上最終調用了C語言的memmove()函數，因此它可以保證同一個數組內元素的正確複製和移動，比一般的複製方法的實現效率要高很多，很適合用來批量處理數組。Java強烈推薦在複製大量數組元素時用該方法，以取得更高的效率。

4、注意ArrayList的兩個轉化為靜態數組的toArray方法。

第一個，Object[] toArray()方法。該方法有可能會拋出java.lang.ClassCastException異常，如果直接用向下轉型的方法，將整個ArrayList集合轉變為指定類型的Array數組，便會拋出該異常，而如果轉化為Array數組時不向下轉型，而是將每個元素向下轉型，則不會拋出該異常，顯然對數組中的元素一個個進行向下轉型，效率不高，且不太方便。

第二個， T[] toArray(T[] a)方法。該方法可以直接將ArrayList轉換得到的Array進行整體向下轉型（轉型其實是在該方法的源碼中實現的），且從該方法的源碼中可以看出，參數a的大小不足時，內部會調用Arrays.copyOf方法，該方法內部創建一個新的數組返回，因此對該方法的常用形式如下：

public static Integer[] vectorToArray2(ArrayList<integer> v) { 
 Integer[] newText = (Integer[])v.toArray(new Integer[0]); 
 return newText; 
}
/<integer>

5、ArrayList基於數組實現，可以通過下標索引直接查找到指定位置的元素，因此查找效率高，但每次插入或刪除元素，就要大量地移動元素，插入刪除元素的效率低。

6、在查找給定元素索引值等的方法中，源碼都將該元素的值分為null和不為null兩種情況處理，ArrayList中允許元素為null。

ArrayList的源碼如下（加入了比較詳細的註釋）：

package java.util; 
 
public class ArrayList extends AbstractList 
 implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable 
{  

 // 序列版本號 
 private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L; 
 
 // ArrayList基於該數組實現，用該數組保存數據 
 private transient Object[] elementData; 
 
 // ArrayList中實際數據的數量 
 private int size; 
 
 // ArrayList帶容量大小的構造函數。 
 public ArrayList(int initialCapacity) { 
 super(); 
 if (initialCapacity < 0) 
 throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ 
 initialCapacity); 
 // 新建一個數組 
 this.elementData = new Object[initialCapacity]; 
 } 
 
 // ArrayList無參構造函數。默認容量是10。 
 public ArrayList() { 
 this(10); 
 } 
 
 // 創建一個包含collection的ArrayList 
 public ArrayList(Collection extends E> c) { 
 elementData = c.toArray(); 
 size = elementData.length; 
 if (elementData.getClass() != Object[].class) 
 elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class); 
 } 
 
 
 // 將當前容量值設為實際元素個數 
 public void trimToSize() { 
 modCount++; 
 int oldCapacity = elementData.length; 
 if (size < oldCapacity) { 
 elementData = Arrays.copyOf(elementData, size); 
 } 
 } 
  

 
 // 確定ArrarList的容量。 
 // 若ArrayList的容量不足以容納當前的全部元素，設置 新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1” 
 public void ensureCapacity(int minCapacity) { 
 // 將“修改統計數”+1，該變量主要是用來實現fail-fast機制的 
 modCount++; 
 int oldCapacity = elementData.length; 
 // 若當前容量不足以容納當前的元素個數，設置 新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1” 
 if (minCapacity > oldCapacity) { 
 Object oldData[] = elementData; 
 int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1; 
 //如果還不夠，則直接將minCapacity設置為當前容量 
 if (newCapacity < minCapacity) 
 newCapacity = minCapacity; 
 elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); 
 } 
 } 
 
 // 添加元素e 
 public boolean add(E e) { 
 // 確定ArrayList的容量大小 
 ensureCapacity(size + 1); // Increments modCount!! 
 // 添加e到ArrayList中 
 elementData[size++] = e; 
 return true; 
 } 
 
 // 返回ArrayList的實際大小 
 public int size() { 
 return size; 
 } 
 
 // ArrayList是否包含Object(o) 
 public boolean contains(Object o) { 
 return indexOf(o) >= 0; 
 } 
  

 //返回ArrayList是否為空 
 public boolean isEmpty() { 
 return size == 0; 
 } 
 
 // 正向查找，返回元素的索引值 
 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; 
 } 
 
 // 反向查找，返回元素的索引值 
 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; 
 } 
 
 // 反向查找(從數組末尾向開始查找)，返回元素(o)的索引值 
 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;  

 } 
 
 
 // 返回ArrayList的Object數組 
 public Object[] toArray() { 
 return Arrays.copyOf(elementData, size); 
 } 
 
 // 返回ArrayList元素組成的數組 
 public  T[] toArray(T[] a) { 
 // 若數組a的大小 < ArrayList的元素個數； 
 // 則新建一個T[]數組，數組大小是“ArrayList的元素個數”，並將“ArrayList”全部拷貝到新數組中 
 if (a.length < size) 
 return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass()); 
 
 // 若數組a的大小 >= ArrayList的元素個數； 
 // 則將ArrayList的全部元素都拷貝到數組a中。 
 System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size); 
 if (a.length > size) 
 a[size] = null; 
 return a; 
 } 
 
 // 獲取index位置的元素值 
 public E get(int index) { 
 RangeCheck(index); 
 
 return (E) elementData[index]; 
 } 
 
 // 設置index位置的值為element 
 public E set(int index, E element) { 
 RangeCheck(index); 
 
 E oldValue = (E) elementData[index]; 
 elementData[index] = element; 
 return oldValue; 
 } 
  

 // 將e添加到ArrayList中 
 public boolean add(E e) { 
 ensureCapacity(size + 1); // Increments modCount!! 
 elementData[size++] = e; 
 return true; 
 } 
 
 // 將e添加到ArrayList的指定位置 
 public void add(int index, E element) { 
 if (index > size || index < 0) 
 throw new IndexOutOfBoundsException( 
 "Index: "+index+", Size: "+size); 
 
 ensureCapacity(size+1); // Increments modCount!! 
 System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, 
 size - index); 
 elementData[index] = element; 
 size++; 
 } 
 
 // 刪除ArrayList指定位置的元素 
 public E remove(int index) { 
 RangeCheck(index); 
 
 modCount++; 
 E oldValue = (E) elementData[index]; 
 
 int numMoved = size - index - 1; 
 if (numMoved > 0) 
 System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, 
 numMoved); 
 elementData[--size] = null; // Let gc do its work 
 
 return oldValue; 
 } 
 
 // 刪除ArrayList的指定元素 
 public boolean remove(Object o) { 
 if (o == null) { 
 for (int index = 0; index < size; index++) 
 if (elementData[index] == null) { 
 fastRemove(index); 
 return true; 
 } 
 } else { 
 for (int index = 0; index < size; index++) 
 if (o.equals(elementData[index])) {  

 fastRemove(index); 
 return true; 
 } 
 } 
 return false; 
 } 
 
 
 // 快速刪除第index個元素 
 private void fastRemove(int index) { 
 modCount++; 
 int numMoved = size - index - 1; 
 // 從"index+1"開始，用後面的元素替換前面的元素。 
 if (numMoved > 0) 
 System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, 
 numMoved); 
 // 將最後一個元素設為null 
 elementData[--size] = null; // Let gc do its work 
 } 
 
 // 刪除元素 
 public boolean remove(Object o) { 
 if (o == null) { 
 for (int index = 0; index < size; index++) 
 if (elementData[index] == null) { 
 fastRemove(index); 
 return true; 
 } 
 } else { 
 // 便利ArrayList，找到“元素o”，則刪除，並返回true。 
 for (int index = 0; index < size; index++) 
 if (o.equals(elementData[index])) { 
 fastRemove(index); 
 return true; 
 } 
 } 
 return false; 
 } 
 
 // 清空ArrayList，將全部的元素設為null 
 public void clear() { 
 modCount++; 
 
 for (int i = 0; i < size; i++)  

 elementData[i] = null; 
 
 size = 0; 
 } 
 
 // 將集合c追加到ArrayList中 
 public boolean addAll(Collection extends E> c) { 
 Object[] a = c.toArray(); 
 int numNew = a.length; 
 ensureCapacity(size + numNew); // Increments modCount 
 System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew); 
 size += numNew; 
 return numNew != 0; 
 } 
 
 // 從index位置開始，將集合c添加到ArrayList 
 public boolean addAll(int index, Collection extends E> c) { 
 if (index > size || index < 0) 
 throw new IndexOutOfBoundsException( 
 "Index: " + index + ", Size: " + size); 
 
 Object[] a = c.toArray(); 
 int numNew = a.length; 
 ensureCapacity(size + numNew); // Increments modCount 
 
 int numMoved = size - index; 
 if (numMoved > 0) 
 System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew, 
 numMoved); 
 
 System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew); 
 size += numNew; 
 return numNew != 0; 
 } 
 
 // 刪除fromIndex到toIndex之間的全部元素。 
 protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) { 
 modCount++; 
 int numMoved = size - toIndex; 
 System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex, 
 numMoved); 
 
 // Let gc do its work 
 int newSize = size - (toIndex-fromIndex); 
 while (size != newSize) 
 elementData[--size] = null; 
 }  

 
 private void RangeCheck(int index) { 
 if (index >= size) 
 throw new IndexOutOfBoundsException( 
 "Index: "+index+", Size: "+size); 
 } 
 
 
 // 克隆函數 
 public Object clone() { 
 try { 
 ArrayList v = (ArrayList) super.clone(); 
 // 將當前ArrayList的全部元素拷貝到v中 
 v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size); 
 v.modCount = 0; 
 return v; 
 } catch (CloneNotSupportedException e) { 
 // this shouldn't happen, since we are Cloneable 
 throw new InternalError(); 
 } 
 } 
 
 
 // java.io.Serializable的寫入函數 
 // 將ArrayList的“容量，所有的元素值”都寫入到輸出流中 
 private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) 
 throws java.io.IOException{ 
 // Write out element count, and any hidden stuff 
 int expectedModCount = modCount; 
 s.defaultWriteObject(); 
 
 // 寫入“數組的容量” 
 s.writeInt(elementData.length); 
 
 // 寫入“數組的每一個元素” 
 for (int i=0; i<size> s.writeObject(elementData[i]); 
 
 if (modCount != expectedModCount) { 
 throw new ConcurrentModificationException(); 
 } 
 
 }  

 
 
 // java.io.Serializable的讀取函數：根據寫入方式讀出 
 // 先將ArrayList的“容量”讀出，然後將“所有的元素值”讀出 
 private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) 
 throws java.io.IOException, ClassNotFoundException { 
 // Read in size, and any hidden stuff 
 s.defaultReadObject(); 
 
 // 從輸入流中讀取ArrayList的“容量” 
 int arrayLength = s.readInt(); 
 Object[] a = elementData = new Object[arrayLength]; 
 
 // 從輸入流中將“所有的元素值”讀出 
 for (int i=0; i<size> a[i] = s.readObject(); 
 } 
}
/<size>/<size>

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