写在前面
数据结构在面试中基本都是常问的，但是一般开发中基本上都是在使用没有去关心过怎么实现的。
在数据结构中，链表是一种线性存储结构，也就是常说的线性表。
image
概念：线性表，是数据结构中的一种数据存储结构，数据元素之间具有“一对一”的逻辑关系。可以理解为把所有数据用一根线串起来，在存储到物理空间中。
顺序表ArrayList
概念：将数据依次存储在连续的整块物理空间中，这种存储结构称为顺序存储结构（简称顺序表）。类似下图用一个线把他们连接起来，形成一条线性的结构。
image
ArrayList就是属于这样的一种。
ArrayList是基于数组实现的，数组是一种最简单的数据结构，在使用时必须要给它创建大小，在日常开发中，往往我们是不知道给数组分配多大空间的，如果数组空间分配多了，内存浪费，分配少了，装不下。而ArrayList在使用时可以添加多个元素切不需要指定大小，因为ArrayList是动态扩容的。
类的继承关系
image-20210619170015101
源码分析
类的属性
/**
* 默认初始容量
*/
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
/**
*ArrayList 实际数据存储的一个数组
*存储ArrayList的元素的数组缓冲区。 ArrayList的容量是此数组缓冲区的长度。
*添加第一个元素时，任何具有elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA的空ArrayList都将扩展为DEFAULT_CAPACITY。
*/
transient Object[] elementData;
/**
* 共享的空数组实例，用于默认大小的空实例
*/
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
* elementData 的大小
*/
private int size;
类的构造函数
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
new ArrayList()做了什么
public class TestClient {
public static void main(String[] args) {
List<String> list = new ArrayList<>();
Integer capacity = getCapacity(list);
System.out.println("没添加元素时的容量：" + capacity);
System.out.println("没添加元素时的大小：" + list.size());
list.add("添加元素");
capacity = getCapacity(list);
System.out.println("添加1个元素时的容量：" + capacity);
System.out.println("添加1个元素时的大小：" + list.size());
}
/**
* 通过反射获取list的容量
*
* @param list
* @return
*/
public static Integer getCapacity(List<String> list) {
Integer length = null;
Class c = list.getClass();
Field f;
try {
f = c.getDeclaredField("elementData");
f.setAccessible(true);
Object[] o = (Object[]) f.get(list);
length = o.length;
} catch (NoSuchFieldException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
}
return length;
}
}
打印结果
没添加元素时的容量：0
没添加元素时的大小：0
添加1个元素时的容量：10
添加1个元素时的大小：1
因此，当new ArrayList()时，默认会有一个空的Object空数组，在没有添加有元素的时候，其初始化容量是0，只有当添加第一个元素的时候，容量才会设置成10。
基本方法
添加元素add(E e)
/**
* 将指定的元素追加到此列表的末尾
*/
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1);
//直接赋值
elementData[size++] = e;
return true;
}
add(int index, E element)
在指定索引位置添加元素
image-20210619170102556
String[] elementData = {"1", "2", "3", "4", "5", "6", "7", "8"};
int index = 4;
//从下标为4的位置开始复制，复制的长度为8-4=4(复制"5", "6", "7", "8")，从下标为4+1=5的位置开始替换为"5", "6", "7", "8"
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index+1, elementData.length-index);
ArrayList 扩容机制
ensureExplicitCapacity(int minCapacity)
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
//如果其元素数量大于其容量，则进行扩容
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
grow(int minCapacity)
/**
* 扩容
* @param minCapacity
*/
private void grow(int minCapacity) {
//原来的容量
int oldCapacity = elementData.length;
//新的容量 通过位运算右移一位 如，默认为10 10>>1=5 右移过程：10的二进制为 1010 右移1位->0101 转十进制->5
//可以理解为oldCapacity >> 1 == oldCapacity/2 再加上原来的长度就扩容1.5倍
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
//如果大于ArrayList 可以容许的最大容量，则设置为最大容量
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
想了解位运算的可以看看这篇文章
ArrayList 的内部实现，其实是用一个对象数组进行存放具体的值，然后用一种扩容的机制，进行数组的动态增长。
其扩容机制可以理解为，如果元素的个数，大于其容量，则把其容量扩展为原来容量的1.5倍。
拓展延伸
- ArrayList的大小是如何自动增加的？
- 什么情况下你会使用ArrayList？
- 在索引中ArrayList的增加或者删除某个对象的运行过程？效率很低吗？解释一下为什么？
- ArrayList如何顺序删除节点？
- ArrayList的遍历方法？
