看完这篇ArrayList，工资直接+1000

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这是我参与更文挑战的第 19 天，活动详情查看：更文挑战

作者：JavaGieGie

微信公众号：Java开发零到壹

前言

ArrayList花Gie猜想应该所有Java的小伙伴都用过，如果还有小伙伴没用过，请文末留言，你放学给我留下来我给你补习补习。本文是集合类讲解的第一篇，选择了一个相对比较简单、大家又比较熟悉的ArrayList开篇。集合是Java中非常重要而且基础的内容，因为任何数据必不可少的就是该数据是如何存储的，集合的作用就是以一定的方式组织、存储数据。

正文

狗剩子：花Gie，新系列开启，还有点小激动呀！

毕竟同时肝几个系列，也是有点要老命的，你看我这日渐光亮的头顶，哎，啥也不说了。

狗剩子：….以后省洗发水了你，憋扯犊子了，给我说说学习集合我要注意哪几点吧！

（摸了摸光滑的头顶，若有所思）对于集合，我认为关注的点主要有以下四点：

  • 是否允许空
  • 是否允许重复数据
  • 是否有序，有序的意思是读取数据的顺序和存放数据的顺序是否一致
  • 是否线程安全

狗剩子：可以说下ArrayList怎么用的吗？

首先看一下他的新增元素的方法add()，非常简单，代码如下：

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java复制代码List<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);

狗剩子：看着是挺简单的，那就说下新增在底层是怎么实现的吧！

….这么突然的吗，直接肝到原理了，好吧，来来来

add方法的源码来看一下：

image.png

第2行的ensureCapacity方法是扩容用的，占时先不看。底层实际上在调用add方法的时候只是给elementData的某个位置添加了一个数据而已，用一张图表示的话是这样的：

图片

这里需要提醒一下，elementData中存储的应该是堆内存中元素的引用，而不是实际的元素，花Gie这么画图主要是为了小伙伴们理解，只要知道这个问题就好了。

狗剩子：那ensureCapacity这个扩容方法是什么原理呢？

哟呼，狗子今天当了面试官，还知道追问了。那我们先看一下，构造ArrayList的时候，默认的底层数组大小是10：

image.png

既然固定了大小，那底层数组的大小不够了怎么办？狗子都知道那就是扩容，这也就是为什么一直说ArrayList的底层是基于动态数组实现的原因，动态数组的意思就是指底层的数组大小并不是固定的，而是根据添加的元素大小进行一个判断，不够的话就动态扩容，扩容的代码就在ensureCapacity里面：

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java复制代码 private void grow(int minCapacity) {
     //1. 获取数组长度
     int oldCapacity = elementData.length;
     
     //oldCapacity >> 1 相当于除以2
     //2. 新数组容量=原数组容量 * 1.5。
     int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
     
     //3. 如果新的数组容量小于传入的参数要求的最小容量minCapacity，那么新的数组容量以传入的容量参数为准。
     if (newCapacity - minCapacity < 0)
         newCapacity = minCapacity;
     
     //4. 判断新的数组容量newCapacity是否大于数组能容纳的最大元素个数 MAX_ARRAY_SIZE
     if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
         //5.
         newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
     
     //6. 将扩容前数组放进新的扩容后的数组
     elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
 }

其中第 5 步hugeCapacity(minCapacity)用于判断传入的参数minCapacity是否大于MAX_ARRAY_SIZE，如果minCapacity大于MAX_ARRAY_SIZE，那么newCapacity等于Integer.MAX_VALUE，否者newCapacity等于MAX_ARRAY_SIZE

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java复制代码private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
    if (minCapacity < 0) // overflow
        throw new OutOfMemoryError();
    return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
        Integer.MAX_VALUE :
    MAX_ARRAY_SIZE;
}

狗剩子：感觉很简单的扩容方式，那为什么要使用这种方式扩容呢？

大佬们定的，我能回答出来怎么扩容的还不够强么，还问为啥，你是十万个为什么嘛。

狗剩子：回答对了工资加五百

这样呀，那这个就好办了。

image.png

我们可以想：

1、如果一次性扩容扩得太大，必然造成内存空间的浪费

2、如果一次性扩容扩得不够，那么下一次扩容的操作必然比较快地会到来，这会降低程序运行效率，要知道扩容还是比较耗费性能的一个操作

所以扩容扩多少，是JDK开发人员在时间、空间上做的一个权衡，提供出来的一个比较合理的数值。最后调用到的是Arrays的copyOf方法，将元素组里面的内容复制到新的数组里面去：

image.png

用一张图来表示就是这样的：

图片

狗剩子：带图示的就很棒，给你一个么么哒，除了顺序添加元素，肯定有按照下标插入的咯

你可真是个机灵鬼，ArrayList的插入操作调用的也是add方法，比如：

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java复制代码List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("111");
list.add("222");
list.add("333");
list.add("444");
list.add("555");
list.add("666");
list.add("777");
list.add("888");
list.add(2,"000");
System.out.println(list);

有一个地方不要搞错了，第10行的add方法的意思是，往第几个下标插入数据，像第10行就是在下标为2的位置插入数据000（注意ArrayList下标从0开始，即list.get(0)的值是111）。看一下运行结果也证明了这一点：

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csharp复制代码[111, 222, 000, 333, 444, 555, 666, 777, 888]

还是看一下插入的时候做了什么：

image.png

​ 可以看到插入的时候，先用ensureCapacity方法进行判断是否扩容按照指定位置，然后利用System.arraycopy方法从指定位置开始的所有元素做一个整体的复制，向后移动一个位置，然后指定位置的元素设置为需要插入的元素，完成了一次插入的操作。用图表示这个过程是这样的：

图片

狗剩子：哟~不错哦，那再说说删除元素吧!

ArrayList支持以下两种删除方式：

  • 按照下标删除，即list.remove(1)
  • 按照元素删除，使用方式为list.remove(“111”)，如果有多个等值的元素111，也只是会删除匹配的第一个元素

从代码来看，这两种删除方法在ArrayList的实现原理差不多，都是调用的下面一段代码：

image.png

简单概括其实做的事情只有两件:

  1. 把指定元素后面位置的所有元素，利用System.arraycopy方法整体向前移动一个位置
  2. 最后一个位置的元素指定为null，这样让gc可以去回收它

比方现在操作这一段代码：

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java复制代码List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("111");
list.add("222");
list.add("333");
list.add("444");
list.add("555");
list.add("666");
list.add("777");
list.add("888");
list.remove("3333");

用图表示是为：

图片

狗剩子：那你总结一下ArrayList特点呗！

ArrayList应该是小白到大佬都非常常用的集合类，它是一个以数组形式实现的集合，花Gie这里用一张表格先来看一下ArrayList里面有哪些基本的元素：

元 素 作 用
private transient Object[] elementData; ArrayList是基于数组的一个实现，elementData就是底层的数组
private int size; ArrayList里面元素的个数，这里要注意一下，size是按照调用add、remove方法的次数进行自增或者自减的，所以add了一个null进入ArrayList，size也会加1

ArrayList属性一览：

属 性 结 论
ArrayL ist是否允许空 允许
ArrayList是否允许重复数据 允许
ArrayList是否有序 有序
ArrayList是否线程安全 非线程安全

狗剩子：说了那么多，那ArrayList有啥优缺点呀

任何事物都不是完美无瑕的，我们要结合场景合理使用，ArrayList的优点如下：

  1. ArrayList底层以数组实现，是一种随机访问模式，再加上它实现了RandomAccess接口，因此查找也就是get的时候非常快
  2. ArrayList在顺序添加一个元素的时候非常方便，只是往数组里面添加了一个元素而已

不过ArrayList的缺点也十分明显：

  1. 删除元素的时候，涉及到一次元素复制，如果要复制的元素很多，那么就会比较耗费性能
  2. 插入元素的时候，涉及到一次元素复制，如果要复制的元素很多，那么就会比较耗费性能

因此，简单总结就是：ArrayList比较适合顺序添加、随机访问的场景。

拓展部分

狗剩子：这里有个疑问困扰了我好久了呢，为什么ArrayList的elementData是用transient修饰的？

image.png

这个差点超出了我的认知，还好花Gie昨晚看过秘籍宝典。

image.png

我们看一下ArrayList的定义：

image.png

ArrayList实现了Serializable接口，也就是说ArrayList是可以被序列化的，而用transient修饰elementData意味着我不希望elementData数组被序列化。

这一万个草泥马奔腾而过，不能慌？因为序列化ArrayList的时候，elementData未必是满的，比方说elementData有10的大小，但是我只用了其中的3个，那么是否有必要序列化整个elementData呢？显然没有这个必要，因此ArrayList中重写了writeObject方法：

image.png

每次序列化的时候调用这个方法，先调用defaultWriteObject()方法序列化ArrayList中的非transient元素，elementData不去序列化它，然后遍历elementData，只序列化那些有的元素，这样就会有两点好处：

  1. 加快了序列化的速度
  2. 减小了序列化之后的文件大小

总结

ArrayList的重要性大家应该都懂，这里也就不啰嗦了。我们在读源码的时候，其实有很多可以值得我们借鉴，比如elementData使用transient来修饰，学习中需要多思考，把学习到的技术和思想运用到自己实际开发中，学以致用，才能不断强大。

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以上就是本期全部内容，如有纰漏之处，请留言指教，非常感谢。我是花GieGie ，有问题大家随时留言讨论 ，我们下期见🦮。

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本文转载自: 掘金

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