一、ArrayList解析
1.1 基本常量和变量
首先明确一点，ArrayList采用Object对象数组实现
private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
/**
* Default initial capacity.
* ArrayList初始化默认容量大小为10，见无参构造函数。
*/
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
/**
* Shared empty array instance used for empty instances.
* 空实例共享的空数组实例。
*/
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
* Shared empty array instance used for default sized empty instances. We
* distinguish this from EMPTY_ELEMENTDATA to know how much to inflate when
* first element is added.
* 默认大小的空实例共享的空数组实例。将它与EMPTY_ELEMENTDATA区分开，以便确定当添加了第一个成员之后扩充多大。
*/
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
* The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored.
* The capacity of the ArrayList is the length of this array buffer. Any
* empty ArrayList with elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
* will be expanded to DEFAULT_CAPACITY when the first element is added.
* ArrayList成员存储在这个数组缓冲区中。
* 容量大小是这个缓冲区的长度，任何elementDate==DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA的空ArrayList
* 在添加第一个成员时都会扩充到DEFAULT_CAPACITY大小，即容量为10。
*/
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
/**
* The size of the ArrayList (the number of elements it contains).
* ArrayList的大小，注意是实际包含的成员个数。
* @serial
*/
private int size;
1.2 构造方法
1）无参构造函数
/**
* Constructs an empty list with an initial capacity of ten.
* 构造一个初始容量为10的空list。
*/
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
任何elementDate==DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA的空ArrayList，在添加第一个成员时都会扩充到DEFAULT_CAPACITY大小，即容量为10（详见add方法）
2）带指定初始容量参数的构造函数
/**
* Constructs an empty list with the specified initial capacity.
* 构造一个指定了初始容量的空list。
* @param initialCapacity the initial capacity of the list
* initialCapacity指定list的初始容量
* @throws IllegalArgumentException if the specified initial capacity
* is negative
* 当指定容量值为负值时，抛出IllegalArgumentException异常
*/
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);
}
}
当指定的初始容量值大于零时，新建一个大小为initialCapacity的Object数组，并赋 elementData；
当指定的初始容量值为零时，将 EMPTY_ELEMENTDATA赋给elementData。
1.3 自动扩容机制与add方法
ArrayList底层是通过Object数组实现的。数组的特性是大小固定的，当ArrayList 中的成员数量超过了capacity后，就需要分配一个更大的数组，并将原来的成员复制到新的数组中
ArrayList中有两个大小概念。capacity和size，capacity就是底层Object数组的length，表示能容纳的最大成员数；size则表示已经存储的成员数，可以通过size()函数获取
1) ArrayList扩容的相关方法：
/**
* Increases the capacity of this <tt>ArrayList</tt> instance, if
* necessary, to ensure that it can hold at least the number of elements
* specified by the minimum capacity argument.
* 如果需要，函数增加ArrayList的容量，以确保至少可以容纳minCapacity指定的成员数量。
* @param minCapacity the desired minimum capacity
*/
public void ensureCapacity(int minCapacity) {
int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
// any size if not default element table
? 0
// larger than default for default empty table. It's already
// supposed to be at default size.
: DEFAULT_CAPACITY;
if (minCapacity > minExpand) {
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
}
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
//如果需要的最小容量比数组的长度大，那么就调用grow（）来扩容。（当添加第11个元素时minCapacity为11，而数组长度为10，就需要扩容了）
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
当确定将要扩容时，ensureExplicitCapacity()方法中调用的grow()方法，正是这个方法实现了扩容：
/**
* Increases the capacity to ensure that it can hold at least the
* number of elements specified by the minimum capacity argument.
*
* @param minCapacity the desired minimum capacity
*/
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
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);
}
当minCapacity大于ArrayList中的capacity时，就将数组的长度扩充到原来的1.5倍，如果这个值还是小于minCapacity，就取minCapacity作为新的capacity。
扩容完成后，调用copyOf（）方法将成员复制到新数组中
public static <T,U> T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class<? extends T[]> newType) {
@SuppressWarnings("unchecked")
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;
}
2)add操作
ArrayList的add操作都调用了上面的ensureCapacityInternal()，先保证ArrayList的capacity足够大（至少为size+1），所以可能发生了数组的复制，也可能没有发生。
所有的add相关的方法都修改了size的值，因此modCount值也会增加。
- 在ArrayList末尾添加一个成员
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
- 检查数组的容量是否足够
够：直接添加
不够： 扩容到原来的1.5倍；扩容后，如果容量还是小于minCapacity，就将容量扩充为minCapacity
- 在指定位置插入一个成员
/**
* Inserts the specified element at the specified position in this
* list. Shifts the element currently at that position (if any) and
* any subsequent elements to the right (adds one to their indices).
*
* @param index index at which the specified element is to be inserted
* @param element element to be inserted
* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
*/
public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index);
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}
这个方法在index的位置插入成员element：
先调用 rangeCheckForAdd 对index进行界限检查；然后调用 ensureCapacityInternal 方法保证capacity足够大；再将从index开始之后的所有成员后移一个位置；将element插入index位置；最后size加1。
-remove()方法
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;
}
- 检查下标
- 删除元素
- 计算出移动的次数，移动
- 设置最后的位置为null，让GC回收
1.4 get方法
- 检查角标
- 返回元素
private void rangeCheck(int index) {
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
E elementData(int index) {
return (E) elementData[index];
}
1.5 set方法
- 检查角标
- 替代元素
- 返回旧值
public E set(int index, E element) {
rangeCheck(index);
E oldValue = elementData(index);
elementData[index] = element;
return oldValue;
}
1.7 细节说明
ArrayList是基于动态数组实现的，在增删时候，需要数组的拷贝复制。
ArrayList的默认初始化容量是10，每次扩容时候增加原先容量的一半，也就是变为原来的1.5倍
删除元素时不会减少容量，若希望减少容量则调用trimToSize()
它不是线程安全的。它能存放null值
它是不同步的
ize、isEmpty、get、set、iterator和listIterator方法都以固定时间运行，时间复杂度为O(1)。add和remove方法需要O(n)时间。与用于LinkedList实现的常数因子相比，此实现的常数因子较低
二、 Vector与ArrayList的区别
Vector是JDK1.2的类，也是基于动态数组实现的，与ArrayList最大的区别就是它是线程安全的，主要是因为它的方法上都加了synchronized关键字（但是也不怎么用这个）。
如果想要ArrayList实现同步，可以使用Collections的方法： List list= Collections.synchronizedList(new ArrayList(...));
还有一个区别是：ArrayList扩容是在原来的基础上拓展0.5倍，但是Vector是拓展1倍
LinkedList
LinkedList底层是双向链表
变量：
四、 小结
ArrayList：
- 底层实现是数组，查询快增删慢，线程不安全，效率高
- 默认初始容量是10，每次以1.5倍扩容
- 数组拷贝的native方法又热（c/c++实现）
LinkedList:
- 底层实现是双向链表，查询慢增删快，线程不安全，效率高
Vector：
- 底层是数组，底层实现是数组，查询快增删慢，线程安全，效率低（Vector所有方法都是同步）
- 两倍扩容
参考：
