Collectoions集合学习笔记(一)-ArrayList源码学习
一、ArrayList
1.1 ArrayList简介
ArrayList是可以动态增长和缩减的索引序列，其实现了List接口，List接口又继承了Collection接口。它的底层是由数组实现的，数组元素类型为Object类型，即可以存放所有类型数据。
我们对ArrayList类的实例的所有的操作底层都是基于数组的。
1.2 继承关系
1.3 几点小结
学习的本质是理解，本想写一个全面详细的文档，但一想那和字典有什么区别呢？方法不会可以直接去查，但是原理便需要去理解，于是这里记录一下自己阅读源码过程中遇到的一些有意思的小点，并结合源码和其他资料来回答自己的问题。
1.ArrayList类中有哪些成员变量和属性？
1 /** 2 * 默认初始容量为10 3 */ 4 private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; 5 /** 6 * 一个空对象数组 7 */ 8 private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {}; 9 */默认的空对象数组 10 private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}; 11 */元素数组 12 transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access 13 */实际元素大小， 默认为0 14 private int size; 15 */最大数组容量 16 private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
看到这里，我有两个问题：
（1）这里的空对象数组和默认空对象数组有什么区别，为啥要搞两个空数组？
答：通过阅读后面的构造方法源码，可以清晰的看出
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
空对象数组用于有参数的构造方法， 该方法构造一个具有指定初始容量的空数组，当输入的指定初始容量为0时，便返回一个这样的空对象数组
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
默认的空对象数组用于无参数的构造方法，调用这个方法，便返回一个初始容量为10的默认空对象数组
（2）最大数组容量为什么是 MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8; ？
答：数组需要8 bytes去存储它自己的大小(2,147,483,648)（2^31），另外在源码注释里也写了
一些虚拟机会在数组中保留一些标题字。尝试分配较大的数组可能会导致OutOfMemory错误：即请求的数组大小超过了虚拟机限制
2.ArrayList是怎样创建的？
源码中共提供了三种构造方法：
（1）无参构造方法：
/** * Constructs an empty list with an initial capacity of ten. */ public ArrayList() { this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA; }
（2）指定容量的有参构造方法：
/** * 构造一个具有指定初始容量的空列表 * * @param initialCapacity 列表的初始容量 * @throws IllegalArgumentException 若传入的初始容量为负抛出此异常 * */ 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); } }
（3）构造一个包含指定 collection 的元素的列表
/** * Constructs a list containing the elements of the specified * collection, in the order they are returned by the collection's * iterator. * * @param c the collection whose elements are to be placed into this list * @throws NullPointerException if the specified collection is null */ 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; } }
3.ArrayList是如何实现动态扩容的？
一句话来说，就是：
ArrayList在添加元素前，会进行比较，如果现在所需总容量（即加入元素后数组的新长度）比原来的最大容量要大，则会进行扩容，新容量=旧容量*1.5
下面从添加元素出发，一步步去看看ArrayList是在什么时候并且怎样去扩容的。
开始：在指定下标 index处，添加元素 element
public void add(int index, E element) { rangeCheckForAdd(index); //检查下标范围 ensureCapacityInternal(size + 1); // 确定所需增长的容量大小并进行扩容，这个过程中同时增加了modCount的值!! System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index); // elementData[index] = element; size++; }
（1）下标范围检查
/** * A version of rangeCheck used by add and addAll. */ private void rangeCheckForAdd(int index) { if (index > size || index < 0) throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index)); }
（2）确定所需增长的最小容量，传入参数值为：当前数组中的元素数量+1，此处记为新长度
public void ensureCapacity(int minCapacity) { int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) // any size if not default element table ? 0 // 是空表的话便返回0 // 不是空表便返回默认值10 : DEFAULT_CAPACITY; if (minCapacity > minExpand) { ensureExplicitCapacity(minCapacity); } } private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
//计算所需的最小容量，若原来数组为空，便返回所需的最小容量为默认值10
//若原来数组不为空，便返回传入的新长度（比原来数组元素数目大一个） if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); } return minCapacity; } private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity)); } private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) { modCount++; // 若新长度大于当前数组长度了，便使用groww()方法动态增长 if (minCapacity - elementData.length > 0) grow(minCapacity); }
（3）根据传入的新长度值扩展原数组
/** * 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) { //传入参数为新长度（原数组中元素数量+1）的值 // overflow-conscious code int oldCapacity = elementData.length; int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); //新容量=旧容量*1.5 if (newCapacity - minCapacity < 0) //若扩容后，新容量仍比增长后所需的最小容量小，则新容量就等于新长度的值 newCapacity = minCapacity; if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) //若扩容后，新容量大于最大容量,则根据新长度的大小确定新容量的值 newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); // minCapacity is usually close to size, so this is a win: elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); } private static int hugeCapacity(int minCapacity) { if (minCapacity < 0) // 若原数组中元素数量已经为Integer.MAX_VALUE,则int类型的minCapacity再加一便会溢出为负数 throw new OutOfMemoryError(); return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? //若新长度大于最大容量，则新容量就等于Integer.MAX_VALUE，否则等于最大容量 Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE; }
（4）将原数组元素复制至变长的新数组中，将给定元素插入，数组中元素数量加一
4.源码中多次出现的modCount变量的作用是什么？
查看源码可以发现在其父类AbstractList中定义了一个int型的属性：modCount，记录了ArrayList结构性变化的次数。
protected transient int modCount = 0;
在ArrayList的所有涉及结构变化的方法中都增加modCount的值，包括：add()、remove()、addAll()、removeRange()及clear()方法。这些方法每调用一次，modCount的值就加1
modCount主要在多线程环境下需要使用，防止一个线程正在迭代遍历，另一个线程修改了这个列表的结构（包括添加删除元素，排序等）。一旦列表在被迭代器遍历时修改则会抛出异常：ConcurrentModificationException
ArrayList是非线程安全的，所以当大家遍历那些非线程安全的数据结构时，尽量使用迭代器
