ArrayList

1、基础

ArrayList简介

ArrayList 是一个数组队列，相当于 动态数组。与Java中的数组相比，它的容量能动态增长。它继承于AbstractList，实现了List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable这些接口。

ArrayList 继承了AbstractList，实现了List。它是一个数组队列，提供了相关的添加、删除、修改、遍历等功能。
ArrayList 实现了RandmoAccess接口，即提供了随机访问功能。RandmoAccess是java中用来被List实现，为List提供快速访问功能的。在ArrayList中，我们即可以通过元素的序号快速获取元素对象；这就是快速随机访问。稍后，我们会比较List的“快速随机访问”和“通过Iterator迭代器访问”的效率。

ArrayList 实现了Cloneable接口，即覆盖了函数clone()，能被克隆。

ArrayList 实现java.io.Serializable接口，这意味着ArrayList支持序列化，能通过序列化去传输。

ArrayList中的操作不是线程安全的！所以，建议在单线程中才使用ArrayList，而在多线程中可以选择Vector或者CopyOnWriteArrayList。

构造方法

// 默认构造函数ArrayList()// capacity是ArrayList的默认容量大小。当由于增加数据导致容量不足时，容量会添加上一次容量大小的一半。ArrayList(int capacity)// 创建一个包含collection的ArrayListArrayList(Collection<? extends E> collection)

API

boolean add(E e)将指定的元素追加到此列表的末尾。void    add(int index, E element)在此列表中的指定位置插入指定的元素。boolean addAll(Collection<? extends E> c)按指定集合的Iterator返回的顺序将指定集合中的所有元素追加到此列表的末尾。boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c)将指定集合中的所有元素插入到此列表中，从指定的位置开始。void    clear()从列表中删除所有元素。Object  clone()返回此 ArrayList实例的浅拷贝。boolean contains(Object o)如果此列表包含指定的元素，则返回 true 。void    ensureCapacity(int minCapacity)如果需要，增加此 ArrayList实例的容量，以确保它可以至少保存最小容量参数指定的元素数。void    forEach(Consumer<? super E> action)对 Iterable的每个元素执行给定的操作，直到所有元素都被处理或动作引发异常。E   get(int index)返回此列表中指定位置的元素。int indexOf(Object o)返回此列表中指定元素的第一次出现的索引，如果此列表不包含元素，则返回-1。boolean isEmpty()如果此列表不包含元素，则返回 true 。Iterator<E> iterator()以正确的顺序返回该列表中的元素的迭代器。int lastIndexOf(Object o)返回此列表中指定元素的最后一次出现的索引，如果此列表不包含元素，则返回-1。ListIterator<E> listIterator()返回列表中的列表迭代器（按适当的顺序）。ListIterator<E> listIterator(int index)从列表中的指定位置开始，返回列表中的元素（按正确顺序）的列表迭代器。E   remove(int index)删除该列表中指定位置的元素。boolean remove(Object o)从列表中删除指定元素的第一个出现（如果存在）。boolean removeAll(Collection<?> c)从此列表中删除指定集合中包含的所有元素。boolean removeIf(Predicate<? super E> filter)删除满足给定谓词的此集合的所有元素。protected void  removeRange(int fromIndex, int toIndex)从这个列表中删除所有索引在 fromIndex （含）和 toIndex之间的元素。void    replaceAll(UnaryOperator<E> operator)将该列表的每个元素替换为将该运算符应用于该元素的结果。boolean retainAll(Collection<?> c)仅保留此列表中包含在指定集合中的元素。E   set(int index, E element)用指定的元素替换此列表中指定位置的元素。int size()返回此列表中的元素数。void    sort(Comparator<? super E> c)使用提供的 Comparator对此列表进行排序以比较元素。Spliterator<E>  spliterator()在此列表中的元素上创建late-binding和故障快速 Spliterator 。List<E> subList(int fromIndex, int toIndex)返回此列表中指定的 fromIndex （包括）和 toIndex之间的独占视图。Object[]    toArray()以正确的顺序（从第一个到最后一个元素）返回一个包含此列表中所有元素的数组。<T> T[] toArray(T[] a)以正确的顺序返回一个包含此列表中所有元素的数组（从第一个到最后一个元素）; 返回的数组的运行时类型是指定数组的运行时类型。void    trimToSize()修改这个 ArrayList实例的容量是列表的当前大小。

2、数据结构

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包含了两个重要的对象：elementData 和 size。
1 elementData 是”Object[]类型的数组”，它保存了添加到ArrayList中的元素。实际上，elementData是个动态数组，我们能通过构造函数 ArrayList(int initialCapacity)来执行它的初始容量为initialCapacity；如果通过不含参数的构造函数ArrayList()来创建ArrayList，则elementData的容量默认是10。elementData数组的大小会根据ArrayList容量的增长而动态的增长，具体的增长方式，请参考源码分析中的ensureCapacity()函数。
2 size 则是动态数组的实际大小。
3 数组的复制使用Arrays.copyOf,实际调用System.arraycopy进行数组的高效复制

3、源码分析 java 1.8

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{//默认数组容量private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;//实际存储数据的数组transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access//默认构造函数    public ArrayList() {    //private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};            this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;    }    //带初始容量的构造    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);        }    }//创建一个包含collection的ArrayList    public ArrayList(Collection<? extends E> c) {        elementData = c.toArray();        if ((size = elementData.length) != 0) {            // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)            if (elementData.getClass() != Object[].class)                elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);        } else {            // replace with empty array.            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;        }    }    // 确定ArrarList的容量。    // 若ArrayList的容量不足以容纳当前的全部元素，则扩充容量    public void ensureCapacity(int minCapacity) {        int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)            ? 0            : DEFAULT_CAPACITY;        if (minCapacity > minExpand) {            ensureExplicitCapacity(minCapacity);        }    }//安全扩充数组    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {        modCount++;        // overflow-conscious code        if (minCapacity - elementData.length > 0)            grow(minCapacity);    }//对数组进行扩充    private void grow(int minCapacity) {        // overflow-conscious code        int oldCapacity = elementData.length;        //原长度+原长度/2        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);        if (newCapacity - minCapacity < 0)            newCapacity = minCapacity;            //防止超过Integer最大值        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);    }//是否包含元素public boolean contains(Object o) {        return indexOf(o) >= 0;    }    //遍历o 如果有，返回下标 没有返回-1    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;    }    //clone进行的是深复制    public Object clone() {        try {            ArrayList<?> v = (ArrayList<?>) super.clone();            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(e);        }    }    E elementData(int index) {        return (E) elementData[index];    }    // 获取index位置的元素值    public E get(int index) {        rangeCheck(index);        return elementData(index);    }    //设置index位置的值为element    public E set(int index, E element) {        rangeCheck(index);        E oldValue = elementData(index);        elementData[index] = element;        return oldValue;    }    //追加    public boolean add(E e) {        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!        elementData[size++] = e;        return true;    }    //移除    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;    }}

源码比较简单,主要是grow(int minCapacity)方法的自动增长。
1.8与1.6相比，new ArrayList时，数组长度为0。当添加一个元素时，才将数组的默认长度设为10.

1.8版本为集合增加了lamda表达式。

3.2 快速迭代失败

public ArrayList:Iterator<E> iterator() {        return new Itr();    }    /**     * An optimized version of AbstractList.Itr     */    private class Itr implements Iterator<E> {        //将modCount赋值给expectedModCount        int expectedModCount = modCount;        public boolean hasNext() {            return cursor != size;        }        @SuppressWarnings("unchecked")        public E next() {            checkForComodification();            int i = cursor;            if (i >= size)                throw new NoSuchElementException();            Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;            if (i >= elementData.length)                throw new ConcurrentModificationException();            cursor = i + 1;            return (E) elementData[lastRet = i];        }        public void remove() {            if (lastRet < 0)                throw new IllegalStateException();            //检查数组是否改变            checkForComodification();            try {                ArrayList.this.remove(lastRet);                cursor = lastRet;                lastRet = -1;                expectedModCount = modCount;            } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {                throw new ConcurrentModificationException();            }        }        final void checkForComodification() {            //比较expectedModCount modCount不同 则抛异常            if (modCount != expectedModCount)                throw new ConcurrentModificationException();        }    }

ArrayList通过iterator()获取迭代器，Itr是ArrayList的内部类，在调用next()时会调用checkForComodification()。
在new Itr();时，Itr的变量expectedModCount会保存modCount的值。当修改数组时会修改modCount的值。如果调用了包含checkForComodification的方法，都会抛出ConcurrentModificationException异常。

即：调用Iterator iter=iterator()方法后，如果调用ArrayList的方法修改了数组，再次调用Iterator的一些包含checkForComodification的方法，会报ConcurrentModificationException异常。
如果想避免，则可以使用Iterator的实现修改数组。或者使用ArrayList的方法修改数组后，再次调用iterator()方法

4、遍历

public static void main(String[] args) {        List list = new ArrayList();        for (int i = 0; i < 1000000; i++)            list.add(i);        forTraverse(list);        forIteratorTraverse(list);        iteratorTraverse(list);    }    //普通for循环遍历    public static void forTraverse(List 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("iteratorThroughRandomAccess：" + interval+" ms");    }    //for循环迭代器    public static void forIteratorTraverse(List list) {        long startTime;        long endTime;        startTime = System.currentTimeMillis();        for(Iterator iter = list.iterator(); iter.hasNext(); ) {            iter.next();        }        endTime = System.currentTimeMillis();        long interval = endTime - startTime;        System.out.println("iteratorThroughIterator：" + interval+" ms");    }    //foreach    public static void iteratorTraverse(List list) {        long startTime;        long endTime;        startTime = System.currentTimeMillis();        for(Object obj:list)            ;        endTime = System.currentTimeMillis();        long interval = endTime - startTime;        System.out.println("iteratorThroughFor2：" + interval+" ms");    }

每次遍历所用时间不固定，根据电脑不同，用时也不同
但是总的来说 遍历所用时间forTraverse < iteratorTraverse < forIteratorTraverse

5、注意事项

5.1 toArray ClassCastException异常

ArrayList转为数组形式有两个方法

//不带泛型public Object[] toArray() {        return Arrays.copyOf(elementData, size);    }    //带泛型    public <T> T[] toArray(T[] a) {        if (a.length < size)            // Make a new array of a's runtime type, but my contents:            return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());        System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);        if (a.length > size)            a[size] = null;        return a;    }

当使用toArray()将返回值强转为非Object类型对象时，由于ArrayList内部将元素存储为Object类型，Object对象强转为具体类型如Integer对象，因为Object对象没有Integer的类型信息，所以强转会报ClassCastException

使用 T[] toArray(T[] a)时，会有泛型操作，所以如果使用正确，不会出现ClassCastException

5.2 遍历删除

    public static void main(String[] args) {        List list = new ArrayList();        list.add("1");        list.add("1");        list.add("3");        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {            if(list.get(i).equals("1"))                list.remove("1");        }        System.out.println(list.toString());    }

结果会打印[1, 3]，里面的里面的”1”是第二个”1”.
一开始list为[10,11,32]当比较下标为0的”1”进行删除时，remove方法会调用System.arraycopy将第一个10移除，11变为10，此时list为[10,31]。执行完一轮操作，i++使 i 变为 1，而此时下标为1的值是3。第二个11将不会进行比较。
避免这种错误可以倒序遍历删除。

5.2.2 迭代器遍历删除

迭代器遍历时，用ArrayList的remove会报ConcurrentModificationException。可以使用Iterator提供的remove方法
详见 3.2

参考：
http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3308556.html