阅读源码，从ArrayList开始-白红宇

阅读源码，从ArrayList开始

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发布时间：2019-03-06

本文共 3705 字，大约阅读时间需要 12 分钟。

阅读源码是一项非常有价值的技能，它不仅能帮助我们更好地理解代码的运行机制，还能为我们的编程能力提供宝贵的提升。今天，我们以ArrayList为例，来探讨一下它的源码结构以及背后的逻辑。

类签名

ArrayList是一个非常常用的Java集合，它的类签名为：

public class ArrayList
   
     extends AbstractList
    
      implements List
     
      , RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

从类签名可以看出，ArrayList继承自AbstractList，并实现了List、RandomAccess、Cloneable以及序列化接口。这些接口赋予了ArrayList丰富的功能，例如支持随机访问、克隆操作以及序列化。

变量

ArrayList内部维护了一些关键变量来管理数据：

// 序列化版本号private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;// 常量，默认容量为10private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;// 常量，初始化一个空的Object数组private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};// 常量，初始化一个空的Object数组，与EMPTY_ELEMENTDATA用于区别初始化时指定容量0还是默认不指定private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};// 变量，真正用来存储元素的数组名transient Object[] elementData;// 数组中实际存储的元素数量，未初始化则默认为0private int size;

这些变量中，EMPTY_ELEMENTDATA和DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA的区别在于它们用于不同的初始化场景。例如，当使用new ArrayList(0)时，会使用EMPTY_ELEMENTDATA；而使用new ArrayList()或new ArrayList(10)时，则会使用DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA。

构造方法

ArrayList提供了多个构造方法来满足不同场景的需求：

// 不指定初始容量的构造函数public ArrayList() {    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;}// 指定初始容量的构造函数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);    }}// 通过已有集合直接构造public ArrayList(Collection
    c) {    elementData = c.toArray();    if ((size = elementData.length) != 0) {        if (elementData.getClass() != Object[].class)            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);    } else {        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;    }}

这些构造方法的主要区别在于它们如何初始化elementData数组。通过选择不同的构造方法，可以优化ArrayList的初始化性能和内存使用。

常用方法

ArrayList的常用方法包括add、remove、contains等。以add方法为例：

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

在添加元素之前，add方法会检查当前数组的容量是否足够。如果不够，则会调用ensureCapacityInternal方法进行扩容。

检查容量：ensureCapacityInternal

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {    ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));}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++;    if (minCapacity - elementData.length > 0) {        grow(minCapacity);    }}

ensureCapacityInternal方法首先通过calculateCapacity计算所需的最小容量，然后调用ensureExplicitCapacity进行扩容操作。扩容时会调用grow方法来增加数组的大小。

扩容方法：grow

private void grow(int minCapacity) {    int oldCapacity = elementData.length;    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity > 1 ? oldCapacity / 2 : oldCapacity);    if (newCapacity - minCapacity < 0) {        newCapacity = minCapacity;    }    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) {        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);    }    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);}

grow方法根据当前数组的大小和所需容量，决定如何扩展数组。它会尽量增加数组大小，但不会超过MAX_ARRAY_SIZE或Integer.MAX_VALUE。

回到开始的问题

在创建ArrayList时：

不指定初始容量：
```
List list1 = new ArrayList();
```
这将使用DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA来初始化数组。第一次添加元素时，数组会扩容到默认容量10。

指定初始容量为0：
```
List list2 = new ArrayList(0);
```
这将使用EMPTY_ELEMENTDATA来初始化数组。第一次添加元素时，数组会扩容到1。

指定初始容量为10：
```
List list4 = new ArrayList(10);
```
这将直接创建一个容量为10的数组，无需扩容。

通过选择合适的构造方法，可以避免不必要的扩容操作，从而提高性能。

小结

通过对ArrayList源码的分析，我们可以更深入地理解其内部工作机制。阅读源码不仅能帮助我们掌握专业技能，还能让我们意识到代码背后的设计理念和优化思路。建议在阅读源码时，从类签名开始，逐步深入了解变量、构造方法和常用方法。同时，注意观察代码中的设计模式和算法，这将有助于我们在实际编程中做出更好的决策。

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