文章出處

最近忙著替公司招人好久沒寫了，荒廢了不好意思。

上一章學習了Collection的架構，并閱讀了部分源碼，這一章開始，我們將對Collection的具體實現進行詳細學習。首先學習List。而ArrayList又是List中最為常用的，因此本章先學習ArrayList。先對ArrayList有個整體的認識，然后學習它的源碼，深入剖析ArrayList。

1. ArrayList簡介

首先看看ArrayList與Collection的關系：

ArrayList的繼承關系如下：

java.lang.Object  
   ↳     java.util.AbstractCollection<E>  
         ↳     java.util.AbstractList<E>  
               ↳     java.util.ArrayList<E>  
  
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>  
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {}

ArrayList繼承了AbstractList，實現了List。它是一個數組隊列，相當于動態數組。提供了相關的添加、刪除、修改和遍歷等功能。

ArrayList實現了RandomAccess接口，即提供了隨機訪問功能。RandomAccess是Java中用來被List實現，為List提供快速訪問功能的。在ArrayList中，我們即可以通過元素的序號來快速獲取元素對象，這就是快速隨機訪問。下文會比較List的“快速隨機訪問”和使用“Iterator迭代器訪問”的效率。

ArrayList實現了Cloneable接口，即覆蓋了函數clone()，能被克隆。

ArrayList實現了java.io.Serializable接口，這意味著ArrayList支持序列化，能通過序列化去傳輸。

和Vector不同，ArrayList中的操作是非線程安全的。所以建議在單線程中使用ArrayList，在多線程中選擇Vector或者CopyOnWriteArrayList。

我們先總覽下ArrayList的構造函數和API

/****************** ArrayList中的構造函數 ***************/  
// 默認構造函數  
ArrayList()  
  
// capacity是ArrayList的默認容量大小。當由于增加數據導致容量不足時，容量會添加上一次容量大小的一半。  
ArrayList(int capacity)  
  
// 創建一個包含collection的ArrayList  
ArrayList(Collection<? extends E> collection)  
  
/****************** ArrayList中的API ********************/  
// Collection中定義的API  
boolean             add(E object)  
boolean             addAll(Collection<? extends E> collection)  
void                clear()  
boolean             contains(Object object)  
boolean             containsAll(Collection<?> collection)  
boolean             equals(Object object)  
int                 hashCode()  
boolean             isEmpty()  
Iterator<E>         iterator()  
boolean             remove(Object object)  
boolean             removeAll(Collection<?> collection)  
boolean             retainAll(Collection<?> collection)  
int                 size()  
<T> T[]             toArray(T[] array)  
Object[]            toArray()  
// AbstractCollection中定義的API  
void                add(int location, E object)  
boolean             addAll(int location, Collection<? extends E> collection)  
E                   get(int location)  
int                 indexOf(Object object)  
int                 lastIndexOf(Object object)  
ListIterator<E>     listIterator(int location)  
ListIterator<E>     listIterator()  
E                   remove(int location)  
E                   set(int location, E object)  
List<E>             subList(int start, int end)  
// ArrayList新增的API  
Object               clone()  
void                 ensureCapacity(int minimumCapacity)  
void                 trimToSize()  
void                 removeRange(int fromIndex, int toIndex)

ArrayList包含了兩個重要的對象：elementData和size。

elementData是Object[]類型的數組，它保存了添加到ArrayList中的元素。實際上，elementData是一個動態數組，我們能通過ArrayList(int initialCapacity)來執行它的初始容量為initialCapacity。如果通過不含參數的構造函數來創建ArrayList，則elementData是一個空數組（后面會調整其大小）。elementData數組的大小會根據ArrayList容量的增長而動態的增長，具體見下面的源碼。

size則是動態數組實際的大小。

2. ArrayList源碼分析(基于JDK1.7)

下面通過分析ArrayList的源碼更加深入的了解ArrayList原理。由于ArrayList是通過數組實現的，所以源碼比較容易理解：

篇幅有點長請一定要耐心看，有點心理準備

  1 package java.util;  
  2   
  3 public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>  
  4         implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable  
  5 {  
  6     //序列版本號  
  7     private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;  
  8   
  9     //默認初始化容量  
 10     private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;  
 11   
 12     //空數組，用來實例化不帶容量大小的構造函數  
 13     private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};  
 14   
 15     //保存ArrayList中數據的數組  
 16     private transient Object[] elementData;  
 17   
 18     //ArrayList中實際數據的數量  
 19     private int size;  
 20   
 21 /******************************** Constructor ***********************************/  
 22   
 23     //ArrayList帶容量大小的構造函數  
 24     public ArrayList(int initialCapacity) {  
 25         super();  
 26         if (initialCapacity < 0)  
 27             throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+  
 28                                                initialCapacity);  
 29         this.elementData = new Object[initialCapacity]; //新建一個數組初始化elementData  
 30     }  
 31     
 32     //不帶參數的構造函數  
 33     public ArrayList() {  
 34         super();  
 35         this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;//使用空數組初始化elementData  
 36     }  
 37   
 38     //用Collection來初始化ArrayList  
 39     public ArrayList(Collection<? extends E> c) {  
 40         elementData = c.toArray(); //將Collection中的內容轉換成數組初始化elementData  
 41         size = elementData.length;  
 42         // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)  
 43         if (elementData.getClass() != Object[].class)  
 44             elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);  
 45     }  
 46   
 47 /********************************* Array size ************************************/  
 48   
 49     //重新“修剪”數組容量大小  
 50     public void trimToSize() {  
 51         modCount++;  
 52         //當ArrayList中的元素個數小于elementData數組大小時，重新修整elementData到size大小  
 53         if (size < elementData.length) {  
 54             elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);  
 55         }  
 56     }  
 57   
 58     //給數組擴容，該方法是提供給外界調用的，是public的，真正擴容是在下面的private方法里  
 59     public void ensureCapacity(int minCapacity) {  
 60         int minExpand = (elementData != EMPTY_ELEMENTDATA)  
 61             // any size if real element table  
 62             ? 0  
 63             // larger than default for empty table. It's already supposed to be  
 64             // at default size.  
 65             : DEFAULT_CAPACITY;  
 66   
 67         if (minCapacity > minExpand) {  
 68             ensureExplicitCapacity(minCapacity);  
 69         }  
 70     }  
 71   
 72     private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {  
 73     //如果是個空數組  
 74         if (elementData == EMPTY_ELEMENTDATA) {  
 75         //取minCapacity和10的較大者  
 76             minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);  
 77         }  
 78     //如果數組已經有數據了  
 79         ensureExplicitCapacity(minCapacity);  
 80     }  
 81       
 82     //確保數組容量大于ArrayList中元素個數  
 83     private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {  
 84         modCount++; //將“修改統計數”+1  
 85   
 86         //如果實際數據容量大于數組容量，就給數組擴容  
 87         if (minCapacity - elementData.length > 0)  
 88             grow(minCapacity);  
 89     }  
 90   
 91     //分配的最大數組空間  
 92     private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;  
 93   
 94     //增大數組空間  
 95     private void grow(int minCapacity) {  
 96         // overflow-conscious code  
 97         int oldCapacity = elementData.length;  
 98         int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); //在原來容量的基礎上加上 oldCapacity/2  
 99         if (newCapacity - minCapacity < 0)  
100             newCapacity = minCapacity; //最少保證容量和minCapacity一樣  
101         if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)  
102             newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); //最多不能超過最大容量  
103         // minCapacity is usually close to size, so this is a win:  
104         elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);  
105     }  
106   
107     private static int hugeCapacity(int minCapacity) {  
108         if (minCapacity < 0) // overflow  
109             throw new OutOfMemoryError();  
110         return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?  
111             Integer.MAX_VALUE :  
112             MAX_ARRAY_SIZE;  
113     }  
114   
115     //返回ArrayList的實際大小  
116     public int size() {  
117         return size;  
118     }  
119   
120     //判斷ArrayList是否為空  
121     public boolean isEmpty() {  
122         return size == 0;  
123     }   
124   
125 /****************************** Search Operations *************************/  
126   
127     //判斷ArrayList是否包含Object o  
128     public boolean contains(Object o) {  
129         return indexOf(o) >= 0;  
130     }  
131   
132     //正向查找，返回元素的索引值  
133     public int indexOf(Object o) {  
134         if (o == null) {  
135             for (int i = 0; i < size; i++)  
136                 if (elementData[i]==null)  
137                     return i;  
138         } else {  
139             for (int i = 0; i < size; i++)  
140                 if (o.equals(elementData[i]))  
141                     return i;  
142         }  
143         return -1;  
144     }  
145   
146     //反向查找，返回元素的索引值  
147     public int lastIndexOf(Object o) {  
148         if (o == null) {  
149             for (int i = size-1; i >= 0; i--)  
150                 if (elementData[i]==null)  
151                     return i;  
152         } else {  
153             for (int i = size-1; i >= 0; i--)  
154                 if (o.equals(elementData[i]))  
155                     return i;  
156         }  
157         return -1;  
158     }  
159   
160 /******************************* Clone *********************************/  
161   
162     //克隆函數  
163     public Object clone() {  
164         try {  
165             @SuppressWarnings("unchecked")  
166                 ArrayList<E> v = (ArrayList<E>) super.clone();  
167         //將當前ArrayList的全部元素拷貝到v中  
168             v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);  
169             v.modCount = 0;  
170             return v;  
171         } catch (CloneNotSupportedException e) {  
172             // this shouldn't happen, since we are Cloneable  
173             throw new InternalError();  
174         }  
175     }  
176   
177 /********************************* toArray *****************************/  
178   
179     /** 
180     * 返回一個Object數組，包含ArrayList中所有的元素 
181     * toArray()方法扮演著array-based和collection-based API之間的橋梁 
182     */  
183     public Object[] toArray() {  
184         return Arrays.copyOf(elementData, size);  
185     }  
186   
187     //返回ArrayList的模板數組  
188     @SuppressWarnings("unchecked")  
189     public <T> T[] toArray(T[] a) {  
190     //如果數組a的大小 < ArrayList的元素個數，  
191     //則新建一個T[]數組，大小為ArrayList元素個數，并將“ArrayList”全部拷貝到新數組中。  
192         if (a.length < size)  
193             return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());  
194   
195     //如果數組a的大小 >= ArrayList的元素個數，  
196     //則將ArrayList全部拷貝到新數組a中。  
197         System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);  
198         if (a.length > size)  
199             a[size] = null;  
200         return a;  
201     }  
202   
203 /******************** Positional Access Operations ********************/  
204   
205     @SuppressWarnings("unchecked")  
206     E elementData(int index) {  
207         return (E) elementData[index];  
208     }  
209   
210     //獲取index位置的元素值  
211     public E get(int index) {  
212         rangeCheck(index); //首先判斷index的范圍是否合法  
213   
214         return elementData(index);  
215     }  
216   
217     //將index位置的值設為element，并返回原來的值  
218     public E set(int index, E element) {  
219         rangeCheck(index);  
220   
221         E oldValue = elementData(index);  
222         elementData[index] = element;  
223         return oldValue;  
224     }  
225   
226     //將e添加到ArrayList中  
227     public boolean add(E e) {  
228         ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!  
229         elementData[size++] = e;  
230         return true;  
231     }  
232   
233     //將element添加到ArrayList的指定位置  
234     public void add(int index, E element) {  
235         rangeCheckForAdd(index);  
236   
237         ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!  
238     //將index以及index之后的數據復制到index+1的位置往后，即從index開始向后挪了一位  
239         System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,  
240                          size - index);   
241         elementData[index] = element; //然后在index處插入element  
242         size++;  
243     }  
244   
245     //刪除ArrayList指定位置的元素  
246     public E remove(int index) {  
247         rangeCheck(index);  
248   
249         modCount++;  
250         E oldValue = elementData(index);  
251   
252         int numMoved = size - index - 1;  
253         if (numMoved > 0)  
254         //向左挪一位，index位置原來的數據已經被覆蓋了  
255             System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,  
256                              numMoved);  
257     //多出來的最后一位刪掉  
258         elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work  
259   
260         return oldValue;  
261     }  
262   
263     //刪除ArrayList中指定的元素  
264     public boolean remove(Object o) {  
265         if (o == null) {  
266             for (int index = 0; index < size; index++)  
267                 if (elementData[index] == null) {  
268                     fastRemove(index);  
269                     return true;  
270                 }  
271         } else {  
272             for (int index = 0; index < size; index++)  
273                 if (o.equals(elementData[index])) {  
274                     fastRemove(index);  
275                     return true;  
276                 }  
277         }  
278         return false;  
279     }  
280   
281     //private的快速刪除與上面的public普通刪除區別在于，沒有進行邊界判斷以及不返回刪除值  
282     private void fastRemove(int index) {  
283         modCount++;  
284         int numMoved = size - index - 1;  
285         if (numMoved > 0)  
286             System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,  
287                              numMoved);  
288         elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work  
289     }  
290   
291     //清空ArrayList，將全部元素置為null  
292     public void clear() {  
293         modCount++;  
294   
295         // clear to let GC do its work  
296         for (int i = 0; i < size; i++)  
297             elementData[i] = null;  
298   
299         size = 0;  
300     }  
301   
302     //將集合C中所有的元素添加到ArrayList中  
303     public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {  
304         Object[] a = c.toArray();  
305         int numNew = a.length;  
306         ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount  
307     //在原來數組的后面添加c中所有的元素  
308         System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);  
309         size += numNew;  
310         return numNew != 0;  
311     }  
312   
313     //從index位置開始，將集合C中所欲的元素添加到ArrayList中  
314     public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {  
315         rangeCheckForAdd(index);  
316   
317         Object[] a = c.toArray();  
318         int numNew = a.length;  
319         ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount  
320   
321         int numMoved = size - index;  
322         if (numMoved > 0)  
323         //將index開始向后的所有數據，向后移動numNew個位置，給新插入的數據騰出空間  
324             System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,  
325                              numMoved);  
326     //將集合C中的數據插到剛剛騰出的位置  
327         System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);  
328         size += numNew;  
329         return numNew != 0;  
330     }  
331   
332     //刪除從fromIndex到toIndex之間的數據，不包括toIndex位置的數據  
333     protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {  
334         modCount++;  
335         int numMoved = size - toIndex;  
336         System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex,  
337                          numMoved);  
338   
339         // clear to let GC do its work  
340         int newSize = size - (toIndex-fromIndex);  
341         for (int i = newSize; i < size; i++) {  
342             elementData[i] = null;  
343         }  
344         size = newSize;  
345     }  
346       
347     //范圍檢測  
348     private void rangeCheck(int index) {  
349         if (index >= size)  
350             throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));  
351     }  
352   
353     //add和addAll方法中的范圍檢測  
354     private void rangeCheckForAdd(int index) {  
355         if (index > size || index < 0)  
356             throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));  
357     }  
358   
359     private String outOfBoundsMsg(int index) {  
360         return "Index: "+index+", Size: "+size;  
361     }  
362   
363     //刪除ArrayList中所有集合C中包含的數據  
364     public boolean removeAll(Collection<?> c) {  
365         return batchRemove(c, false);  
366     }  
367   
368     //刪除ArrayList中除了集合C中包含的數據外的其他所有數據  
369     public boolean retainAll(Collection<?> c) {  
370         return batchRemove(c, true);  
371     }  
372       
373     //批量刪除  
374     private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement) {  
375         final Object[] elementData = this.elementData;  
376         int r = 0, w = 0;  
377         boolean modified = false;  
378         try {  
379             for (; r < size; r++)  
380                 if (c.contains(elementData[r]) == complement)  
381                     elementData[w++] = elementData[r];  
382         } finally {  
383             // Preserve behavioral compatibility with AbstractCollection,  
384             // even if c.contains() throws.  
385         //官方的注釋是為了保持和AbstractCollection的兼容性  
386         //我的理解是上面c.contains拋出了異常，導致for循環終止，那么必然會導致r != size  
387         //所以0-w之間是需要保留的數據，同時從w索引開始將剩下沒有循環的數據(也就是從r開始的)拷貝回來，也保留  
388             if (r != size) {  
389                 System.arraycopy(elementData, r,  
390                                  elementData, w,  
391                                  size - r);  
392                 w += size - r;  
393             }  
394         //for循環完畢，檢測了所有的元素  
395         //0-w之間保存了需要留下的數據，w開始以及后面的數據全部清空  
396             if (w != size) {  
397                 // clear to let GC do its work  
398                 for (int i = w; i < size; i++)  
399                     elementData[i] = null;  
400                 modCount += size - w;  
401                 size = w;  
402                 modified = true;  
403             }  
404         }  
405         return modified;  
406     }  
407   
408 /***************************** Writer and Read Object *************************/  
409   
410     //java.io.Serializable的寫入函數  
411     //將ArrayList的“容量、所有的元素值”都寫入到輸出流中  
412     private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)  
413         throws java.io.IOException{  
414         // Write out element count, and any hidden stuff  
415         int expectedModCount = modCount;  
416         s.defaultWriteObject();  
417   
418         // Write out size as capacity for behavioural compatibility with clone()  
419     //寫入“數組的容量”，保持與clone()的兼容性  
420         s.writeInt(size);  
421   
422         //寫入“數組的每一個元素”  
423         for (int i=0; i<size; i++) {  
424             s.writeObject(elementData[i]);  
425         }  
426   
427         if (modCount != expectedModCount) {  
428             throw new ConcurrentModificationException();  
429         }  
430     }  
431   
432     //java.io.Serializable的讀取函數：根據寫入方式讀出  
433     private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)  
434         throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {  
435         elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;  
436   
437         // Read in size, and any hidden stuff  
438         s.defaultReadObject();  
439   
440         //從輸入流中讀取ArrayList的“容量”  
441         s.readInt(); // ignored  
442   
443         if (size > 0) {  
444             // be like clone(), allocate array based upon size not capacity  
445             ensureCapacityInternal(size);  
446   
447             Object[] a = elementData;  
448             //從輸入流中將“所有元素值”讀出  
449             for (int i=0; i<size; i++) {  
450                 a[i] = s.readObject();  
451             }  
452         }  
453     }  
454   
455 /******************************** Iterators ************************************/  
456   
457     /** 
458     * 該部分的方法重寫了AbstractList抽象類中Iterator部分的方法，因為ArrayList繼承 
459     * 了AbstractList，基本大同小異，只是這里針對本類的數組，思想與AbstractList一致 
460     * 可以參照上一章Collection架構與源碼分析的AbatractList部分 
461     */  
462     public ListIterator<E> listIterator(int index) {  
463         if (index < 0 || index > size)  
464             throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);  
465         return new ListItr(index);  
466     }  
467   
468     public ListIterator<E> listIterator() {  
469         return new ListItr(0);  
470     }  
471   
472     public Iterator<E> iterator() {  
473         return new Itr();  
474     }  
475   
476     private class Itr implements Iterator<E> {  
477         int cursor;       // index of next element to return  
478         int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such  
479         int expectedModCount = modCount;  
480   
481         public boolean hasNext() {  
482             return cursor != size;  
483         }  
484   
485         @SuppressWarnings("unchecked")  
486         public E next() {  
487             checkForComodification();  
488             int i = cursor;  
489             if (i >= size)  
490                 throw new NoSuchElementException();  
491             Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;  
492             if (i >= elementData.length)  
493                 throw new ConcurrentModificationException();  
494             cursor = i + 1;  
495             return (E) elementData[lastRet = i];  
496         }  
497   
498         public void remove() {  
499             if (lastRet < 0)  
500                 throw new IllegalStateException();  
501             checkForComodification();  
502   
503             try {  
504                 ArrayList.this.remove(lastRet);  
505                 cursor = lastRet;  
506                 lastRet = -1;  
507                 expectedModCount = modCount;  
508             } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {  
509                 throw new ConcurrentModificationException();  
510             }  
511         }  
512   
513         final void checkForComodification() {  
514             if (modCount != expectedModCount)  
515                 throw new ConcurrentModificationException();  
516         }  
517     }  
518   
519     private class ListItr extends Itr implements ListIterator<E> {  
520         ListItr(int index) {  
521             super();  
522             cursor = index;  
523         }  
524   
525         public boolean hasPrevious() {  
526             return cursor != 0;  
527         }  
528   
529         public int nextIndex() {  
530             return cursor;  
531         }  
532   
533         public int previousIndex() {  
534             return cursor - 1;  
535         }  
536   
537         @SuppressWarnings("unchecked")  
538         public E previous() {  
539             checkForComodification();  
540             int i = cursor - 1;  
541             if (i < 0)  
542                 throw new NoSuchElementException();  
543             Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;  
544             if (i >= elementData.length)  
545                 throw new ConcurrentModificationException();  
546             cursor = i;  
547             return (E) elementData[lastRet = i];  
548         }  
549   
550         public void set(E e) {  
551             if (lastRet < 0)  
552                 throw new IllegalStateException();  
553             checkForComodification();  
554   
555             try {  
556                 ArrayList.this.set(lastRet, e);  
557             } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {  
558                 throw new ConcurrentModificationException();  
559             }  
560         }  
561   
562         public void add(E e) {  
563             checkForComodification();  
564   
565             try {  
566                 int i = cursor;  
567                 ArrayList.this.add(i, e);  
568                 cursor = i + 1;  
569                 lastRet = -1;  
570                 expectedModCount = modCount;  
571             } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {  
572                 throw new ConcurrentModificationException();  
573             }  
574         }  
575     }  
576   
577     public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) {  
578         subListRangeCheck(fromIndex, toIndex, size);  
579         return new SubList(this, 0, fromIndex, toIndex);  
580     }  
581   
582     static void subListRangeCheck(int fromIndex, int toIndex, int size) {  
583         if (fromIndex < 0)  
584             throw new IndexOutOfBoundsException("fromIndex = " + fromIndex);  
585         if (toIndex > size)  
586             throw new IndexOutOfBoundsException("toIndex = " + toIndex);  
587         if (fromIndex > toIndex)  
588             throw new IllegalArgumentException("fromIndex(" + fromIndex +  
589                                                ") > toIndex(" + toIndex + ")");  
590     }  
591   
592     private class SubList extends AbstractList<E> implements RandomAccess {  
593         private final AbstractList<E> parent;  
594         private final int parentOffset;  
595         private final int offset;  
596         int size;  
597   
598         SubList(AbstractList<E> parent,  
599                 int offset, int fromIndex, int toIndex) {  
600             this.parent = parent;  
601             this.parentOffset = fromIndex;  
602             this.offset = offset + fromIndex;  
603             this.size = toIndex - fromIndex;  
604             this.modCount = ArrayList.this.modCount;  
605         }  
606   
607         public E set(int index, E e) {  
608             rangeCheck(index);  
609             checkForComodification();  
610             E oldValue = ArrayList.this.elementData(offset + index);  
611             ArrayList.this.elementData[offset + index] = e;  
612             return oldValue;  
613         }  
614   
615         public E get(int index) {  
616             rangeCheck(index);  
617             checkForComodification();  
618             return ArrayList.this.elementData(offset + index);  
619         }  
620   
621         public int size() {  
622             checkForComodification();  
623             return this.size;  
624         }  
625   
626         public void add(int index, E e) {  
627             rangeCheckForAdd(index);  
628             checkForComodification();  
629             parent.add(parentOffset + index, e);  
630             this.modCount = parent.modCount;  
631             this.size++;  
632         }  
633   
634         public E remove(int index) {  
635             rangeCheck(index);  
636             checkForComodification();  
637             E result = parent.remove(parentOffset + index);  
638             this.modCount = parent.modCount;  
639             this.size--;  
640             return result;  
641         }  
642   
643         protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {  
644             checkForComodification();  
645             parent.removeRange(parentOffset + fromIndex,  
646                                parentOffset + toIndex);  
647             this.modCount = parent.modCount;  
648             this.size -= toIndex - fromIndex;  
649         }  
650   
651         public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {  
652             return addAll(this.size, c);  
653         }  
654   
655         public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {  
656             rangeCheckForAdd(index);  
657             int cSize = c.size();  
658             if (cSize==0)  
659                 return false;  
660   
661             checkForComodification();  
662             parent.addAll(parentOffset + index, c);  
663             this.modCount = parent.modCount;  
664             this.size += cSize;  
665             return true;  
666         }  
667   
668         public Iterator<E> iterator() {  
669             return listIterator();  
670         }  
671   
672         public ListIterator<E> listIterator(final int index) {  
673             checkForComodification();  
674             rangeCheckForAdd(index);  
675             final int offset = this.offset;  
676   
677             return new ListIterator<E>() {  
678                 int cursor = index;  
679                 int lastRet = -1;  
680                 int expectedModCount = ArrayList.this.modCount;  
681   
682                 public boolean hasNext() {  
683                     return cursor != SubList.this.size;  
684                 }  
685   
686                 @SuppressWarnings("unchecked")  
687                 public E next() {  
688                     checkForComodification();  
689                     int i = cursor;  
690                     if (i >= SubList.this.size)  
691                         throw new NoSuchElementException();  
692                     Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;  
693                     if (offset + i >= elementData.length)  
694                         throw new ConcurrentModificationException();  
695                     cursor = i + 1;  
696                     return (E) elementData[offset + (lastRet = i)];  
697                 }  
698   
699                 public boolean hasPrevious() {  
700                     return cursor != 0;  
701                 }  
702   
703                 @SuppressWarnings("unchecked")  
704                 public E previous() {  
705                     checkForComodification();  
706                     int i = cursor - 1;  
707                     if (i < 0)  
708                         throw new NoSuchElementException();  
709                     Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;  
710                     if (offset + i >= elementData.length)  
711                         throw new ConcurrentModificationException();  
712                     cursor = i;  
713                     return (E) elementData[offset + (lastRet = i)];  
714                 }  
715   
716                 public int nextIndex() {  
717                     return cursor;  
718                 }  
719   
720                 public int previousIndex() {  
721                     return cursor - 1;  
722                 }  
723   
724                 public void remove() {  
725                     if (lastRet < 0)  
726                         throw new IllegalStateException();  
727                     checkForComodification();  
728   
729                     try {  
730                         SubList.this.remove(lastRet);  
731                         cursor = lastRet;  
732                         lastRet = -1;  
733                         expectedModCount = ArrayList.this.modCount;  
734                     } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {  
735                         throw new ConcurrentModificationException();  
736                     }  
737                 }  
738   
739                 public void set(E e) {  
740                     if (lastRet < 0)  
741                         throw new IllegalStateException();  
742                     checkForComodification();  
743   
744                     try {  
745                         ArrayList.this.set(offset + lastRet, e);  
746                     } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {  
747                         throw new ConcurrentModificationException();  
748                     }  
749                 }  
750   
751                 public void add(E e) {  
752                     checkForComodification();  
753   
754                     try {  
755                         int i = cursor;  
756                         SubList.this.add(i, e);  
757                         cursor = i + 1;  
758                         lastRet = -1;  
759                         expectedModCount = ArrayList.this.modCount;  
760                     } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {  
761                         throw new ConcurrentModificationException();  
762                     }  
763                 }  
764   
765                 final void checkForComodification() {  
766                     if (expectedModCount != ArrayList.this.modCount)  
767                         throw new ConcurrentModificationException();  
768                 }  
769             };  
770         }  
771   
772         public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) {  
773             subListRangeCheck(fromIndex, toIndex, size);  
774             return new SubList(this, offset, fromIndex, toIndex);  
775         }  
776   
777         private void rangeCheck(int index) {  
778             if (index < 0 || index >= this.size)  
779                 throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));  
780         }  
781   
782         private void rangeCheckForAdd(int index) {  
783             if (index < 0 || index > this.size)  
784                 throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));  
785         }  
786   
787         private String outOfBoundsMsg(int index) {  
788             return "Index: "+index+", Size: "+this.size;  
789         }  
790   
791         private void checkForComodification() {  
792             if (ArrayList.this.modCount != this.modCount)  
793                 throw new ConcurrentModificationException();  
794         }  
795     }  
796 }

View Code

總結一下：

1）. ArrayList實際上是通過一個數組去保存數據的，當我們構造ArrayList時，如果使用默認構造函數，最后ArrayList的默認容量大小是10。

2）. 當ArrayList容量不足以容納全部元素時，ArrayList會自動擴張容量，新的容量 = 原始容量 + 原始容量 / 2。

3）. ArrayList的克隆函數，即是將全部元素克隆到一個數組中。

4. ArrayList實現java.io.Serializable的方式。當寫入到輸出流時，先寫入“容量”，再依次寫出“每一個元素”；當讀出輸入流時，先讀取“容量”，再依次讀取“每一個元素”。

3. ArrayList遍歷方式

ArrayList支持三種遍歷方式，下面我們逐個討論：

1）. 通過迭代器遍歷。即Iterator迭代器。

Integer value = null;  
Iterator it = list.iterator();  
while (it.hasNext()) {  
    value = (Integer)it.next();  
}

2）. 隨機訪問，通過索引值去遍歷。由于ArrayList實現了RandomAccess接口，所以它支持通過索引值去隨機訪問元素。

Integer value = null;  
int size = list.size();  
for (int i = 0; i < size; i++) {  
    value = (Integer)list.get(i);          
}

3）. 通過for循環遍歷。

Integer value = null;  
for (Integer integ : list) {  
    value = integ;  
}

下面寫了一個測試用例，比較這三種遍歷方式的效率：

import java.util.*;  
  
/* 
 * @description ArrayList三種遍歷方式效率的測試 
 * @author eson_15 
 */  
public class ArrayListRandomAccessTest {  
  
    public static void main(String[] args) {  
        List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();  
        for (int i=0; i<500000; i++)  
            list.add(i);  
        isRandomAccessSupported(list);//判斷是否支持RandomAccess  
        iteratorThroughRandomAccess(list) ;  
        iteratorThroughIterator(list) ;  
        iteratorThroughFor(list) ;  
      
    }  
  
    private static void isRandomAccessSupported(List<Integer> list) {  
        if (list instanceof RandomAccess) {  
            System.out.println("RandomAccess implemented!");  
        } else {  
            System.out.println("RandomAccess not implemented!");  
        }  
  
    }  
  
    public static void iteratorThroughRandomAccess(List<Integer> list) {  
  
        long startTime;  
        long endTime;  
        startTime = System.currentTimeMillis();  
        for (int i=0; i<list.size(); i++) {  
            list.get(i);  
        }  
        endTime = System.currentTimeMillis();  
        long interval = endTime - startTime;  
        System.out.println("RandomAccess遍歷時間：" + interval+" ms");  
    }  
  
    public static void iteratorThroughIterator(List<Integer> list) {  
  
        long startTime;  
        long endTime;  
        startTime = System.currentTimeMillis();  
        for(Iterator<Integer> it = list.iterator(); it.hasNext(); ) {  
            it.next();  
        }  
        endTime = System.currentTimeMillis();  
        long interval = endTime - startTime;  
        System.out.println("Iterator遍歷時間：" + interval+" ms");  
    }  
  
  
    @SuppressWarnings("unused")  
    public static void iteratorThroughFor(List<Integer> list) {  
  
        long startTime;  
        long endTime;  
        startTime = System.currentTimeMillis();  
        for(Object obj : list)  
            ;  
        endTime = System.currentTimeMillis();  
        long interval = endTime - startTime;  
        System.out.println("For循環遍歷時間：" + interval+" ms");  
    }  
}

每次執行的結果會有一點點區別，在這里我統計了6次執行結果，見下表：

	RandomAccess(ms)	Iterator(ms)	For(ms)
第一次	5	8	7
第二次	4	7	7
第三次	5	8	10
第四次	5	7	6
第五次	5	8	7
第六次	5	7	6
平均	4.8	7.5	7.1

由此可見，遍歷ArrayList時，使用隨機訪問（即通過索引號訪問）效率最高，而使用迭代器的效率最低。

4. toArray()異常問題

當我們調用ArrayList中的toArray()方法時，可能會遇到"java.lang.ClassCastException"異常的情況，下面來討論下出現的原因：

ArrayList中提供了2個toArray()方法：

Object[] toArray()  
<T> T[] toArray(T[] contents)

調用toArray()函數會拋出"java.lang.ClassCastException"異常，但是調用toArray(T[] contents)能正常返回T[]。toArray()會拋出異常是因為toArray()返回的是Object[]數組，將Object[]轉換為其它類型（比如將Object[]轉換為Integer[]）則會拋出"java.lang.ClassCastException"異常，因為java不支持向下轉型。解決該問題的辦法是調用<T> T[] toArray(T[] contents)，而不是Object[] toArray()。

調用<T> T[] toArray(T[] contents)返回T[]可以通過以下幾種方式實現：

// toArray(T[] contents)調用方式一  
public static Integer[] vectorToArray1(ArrayList<Integer> v) {  
    Integer[] newText = new Integer[v.size()];  
    v.toArray(newText);  
    return newText;  
}  
  
// toArray(T[] contents)調用方式二。<span style="color:#FF6666;">最常用！</span>  
public static Integer[] vectorToArray2(ArrayList<Integer> v) {  
    Integer[] newText = (Integer[])v.toArray(new Integer[v.size()]);  
    return newText;  
}  
  
// toArray(T[] contents)調用方式三  
public static Integer[] vectorToArray3(ArrayList<Integer> v) {  
    Integer[] newText = new Integer[v.size()];  
    Integer[] newStrings = (Integer[])v.toArray(newText);  
    return newStrings;  
}