java jdk1.7版本的ArrayList原理解析

上一篇文章中我们了解了LinkedList集合的底层实现原理，这一篇将研究下ArrayList的实现原理。
同样的通过源码解释，我们可以得到以下信息：
（1）、ArrayList是一个长度可变的数组集合，创建ArrayList实例时没有指定长度，当添加数据，而且数据个数小于10时，那么默认将会创建一个容量为10的数组存储数据；当数组不够长时，将会默认增长原来容量的一半。如果要自定义ArrayList的容量，可以通过调用ensureCapacity（int size）方法指定容量，也可以在创建ArrayList时指定容量，ArrayList最大的容量不能超出Integer.MAX_VALUE（2147483647）否则会抛出OutOfMemoryError异常。
（2）、不同的方法访问ArrayList的时间复杂度不一样。size, isEmpty, get, set,iterator,listIterator的时间复杂度是固定的，add、remove方法是不固定的，因为有可能需要移动元素。
（3）、ArrayList不是线程安全的，所以在多线程的环境下使用ArrayList需要注意ArrayList类型变量的线程同步问题。当然，有一种方式可以创建一个线程安全的ArrayList：
List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList(…));
（4）、ArrayList的迭代器 iterator 和 listIterator 方法返回的迭代器是快速失败 的。所谓快速失败，意思就是如果在迭代器已经创建了的情况下，任何时刻对ArrayList结构的修改，迭代器将会抛出一个ConcurrentModificationException异常。如下面代码中迭代器已经生成，但是还往ArrayList添加数据，那么此后的迭代过程是会抛出ConcurrentModificationException异常的：

ArrayList底层是基于数组来保存数据的，这个数组就保存着ArrayList的真实数据。内部定义了这个数组：

没错！elementData就是ArrayList真正保存数据的数组。

接下来我们先了解下ArrayList的容量增长策略，先上源码：

对ArrayList进行自增长的入口是ensureCapacityInternal(int minCapacity)方法，这里说明一下实现自增长过程中有几个会使用到的常量：
（1）、elementData：这个变量在前面已经说过，是存放ArrayList真实数据的数组；
（2）、EMPTY_ELEMENTDATA：这是一个容量为0的空数组，这个常量是不会存储真实数据的，即它永远都是空的。 源码是这样定义的：

（3）、DEFAULT_CAPACITY：ArrayList的默认容量，如果ArrayList没有指定容量，并且需要保存数据，但是数据的真实个数不够DEFAULT_CAPACITY大小的情况下，将会创建一个DEFAULT_CAPACITY大小的数组（即elementData）来存放添加的数据；
（4）、MAX_ARRAY_SIZE：Integer的最大值，但是源码中实际的长度会比Integer的最大值小8，因为java中是这样定义的：

对照这些常量就很好理解上面ArrayList容量实现自增长的原理：这里总结下：
（1）、如果当前ArrayList的数据为空，并且添加的数据个数小于10，那么java将会分配一个长度为10的数组来存放数据；
（2）、如果当前ArrayList的数据不为空，并且数组的大小可以容纳新增的数据，那么将不进行自增长操作；
（3）、如果当前ArrayList的数据不为空，并且数组的大小不可以容纳新增的数据，那么将进行自增长操作，并且是这样增长：
如果(size+size/2)>size+新增数据的个数，那么将ArrayList的容量增长到(size+size/2)大小；
如果size+size/2)小于size+新增数据的个数，那么将ArrayList的容量增长到size+新增数据的个数大小;
如果size+新增数据的个数>MAX_ARRAY_SIZE，那么将ArrayList的容量增长到Integer.MAX_VALUE大小，否则将ArrayList的容量增长到MAX_ARRAY_SIZE；
如果size+新增数据的个数>Integer.MAX_VALUE，则抛出OutOfMemoryError异常。

这里需要注意一下，当ArrayList容量扩充完成之后会调用这样一句代码：
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); 这句代码的意思就是按照新的容量大小来创建一个新的数据，并且把原来数据的数据拷贝过来。不懂 Arrays.copyOf()看看便明白。

知道了ArrayList是基于数组来实现的，下面将看下具体的实现：
1、add(E e)：该方法添加一个数据到ArrayList链表最后的位置，jdk中的源码：

新增一个数据的源码非常简单，如果不看ensureCapacityInternal(size + 1);这一句代码，实际上就是往数组的size索引这个位置放入一个数据。size是ArrayList的大小。注意，这里的size不是数组的大小，而是数组里真正存在数据的大小，也即是ArrayList的大小。比如ArrayList的size是10，但是数据的长度有可能是100，只有前10个位置存放了真正的数据。这里需要注意！！！

2、add(int index, E element)：在指定的index位置添加一个数据，index之后的数据将依次往后移：

同样的，这里也是直接在数据的index位置放入一个数据，但是在这之前，判断了传入的index是否有越界；同时也判断了ArrayList是否需要扩充容量，并且通过数据拷贝的方式把index后的数据往后移。其实数据的移动都是通过调用System.arraycopy(）进行移动的。

3、remove(int index)：remove方法移除元素之后，index后面的数据是往前移动，同样也是通过System.arraycopy(）方法实现：

4、lastIndexOf(Object o)：lastIndexOf直接遍历数组，但是是从后往前遍历，因为是寻找最后一个要查找的对象：

ArrayList底层实现原理是通过数组实现，因此其优点是随机访问效率比较高，但是随机插入和删除元素比较慢，因为要对其它元素进行移动。