迎难而上ArrayList，源码分析走一波
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那么接下来，我开始肝 Java 集合方面的文章了，小伙伴们请默默为我鼓个掌，我能听得到，真的，别吝啬你的掌声，响起来。第一篇，必须得从 ArrayList 开始，毕竟 ArrayList 可以称得上是集合方面最常用的类了，估计没有之一。
ArrayList 实现了 List 接口，是基于数组实现的。小伙伴们都知道，数组的大小是固定的，创建的时候指定了大小，就不能再调整了，如果数组满了，就不能再添加任何元素了。ArrayList 是数组很好的替代方案，它提供了比数组更丰富的预定义方法（增删改查），并且大小是可以根据元素的多少进行自动调整的，非常灵活。
准备在 ArrayList 的第四个位置（下标为 3）上添加一个元素 55。
此时 ArrayList 中第五个位置以后的元素将会向后移动。
准备把 23 从 ArrayList 中移除。
此时下标为 7、8、9 的元素往前挪。
01、如何创建一个 ArrayList
ArrayList<String> alist = new ArrayList<String>();
可以通过上面的语句来创建一个字符串类型的 ArrayList（通过尖括号来限定 ArrayList 中元素的类型，如果尝试添加其他类型的元素，将会产生编译错误），更简化的写法如下：
List<String> alist = new ArrayList<>();
由于 ArrayList 实现了 List 接口，所以 alist 变量的类型可以是 List 类型；new 关键字声明后的尖括号中可以不再指定元素的类型，因为编译器可以通过前面尖括号中的类型进行智能推断。
如果非常确定 ArrayList 中元素的个数，在创建的时候还可以指定初始大小。
List<String> alist = new ArrayList<>(20);
这样做的好处是，可以有效地避免在添加新的元素时进行不必要的扩容。但通常情况下，我们很难确定 ArrayList 中元素的个数，因此一般不指定初始大小。
02、向 ArrayList 中添加一个元素
可以通过 add() 方法向 ArrayList 中添加一个元素，如果不指定下标的话，就默认添加在末尾。
alist.add("沉默王二");
感兴趣的小伙伴可以研究一下 add() 方法的源码，它在添加元素的时候会执行 grow() 方法进行扩容，这个是面试官特别喜欢考察的一个重点。
下面是 add(E e) 方法的源码：
public boolean add(E e) {
modCount++;
add(e, elementData, size);
return true;
}
调用了私有的 add(E e, Object[] elementData, int s) 方法：
private void add(E e, Object[] elementData, int s) {
if (s == elementData.length)
elementData = grow();
elementData[s] = e;
size = s + 1;
}
然后调用了非常关键的 grow(int minCapacity) 方法：
private Object[] grow(int minCapacity) {
int oldCapacity = elementData.length;
if (oldCapacity > 0 || elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
int newCapacity = ArraysSupport.newLength(oldCapacity,
minCapacity - oldCapacity, /* minimum growth */
oldCapacity >> 1 /* preferred growth */);
return elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
} else {
return elementData = new Object[Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity)];
}
}
如果创建 ArrayList 的时候没有指定初始大小，那么 ArrayList 的初始大小就是 DEFAULT_CAPACITY：
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
可以容纳 10 个元素。
还可以通过 add(int index, E element) 方法把元素添加到指定的位置：
alist.add(0, "沉默王三");
add(int index, E element) 方法的源码如下：
public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index);
modCount++;
final int s;
Object[] elementData;
if ((s = size) == (elementData = this.elementData).length)
elementData = grow();
System.arraycopy(elementData, index,
elementData, index + 1,
s - index);
elementData[index] = element;
size = s + 1;
}
该方法会调用到一个非常重要的本地方法 System.arraycopy()，它会对数组进行复制（要插入位置上的元素往后复制，参照文章一开头提到的两张图片）。
03、更新 ArrayList 中的元素
可以使用 set() 方法来更改 ArrayList 中的元素，需要提供下标和新元素。
alist.set(0, "沉默王四");
原来 0 位置上的元素为“沉默王三”，现在将其更新为“沉默王四”。
来看一下 set() 方法的源码：
public E set(int index, E element) {
Objects.checkIndex(index, size);
E oldValue = elementData(index);
elementData[index] = element;
return oldValue;
}
该方法会先对指定的下标进行检查，看是否越界，然后替换新值并返回旧值。
04、删除 ArrayList 中的元素
remove(int index) 方法用于删除指定下标位置上的元素，remove(Object o) 方法用于删除指定值的元素。
alist.remove(1);
alist.remove("沉默王四");
先来看 remove(int index) 方法的源码：
public E remove(int index) {
Objects.checkIndex(index, size);
final Object[] es = elementData;
@SuppressWarnings("unchecked") E oldValue = (E) es[index];
fastRemove(es, index);
return oldValue;
}
该方法返回要删除的元素，真正的删除操作在 fastRemove(es, index) 方法中。
再来看 remove(Object o) 方法的源码：
public boolean remove(Object o) {
final Object[] es = elementData;
final int size = this.size;
int i = 0;
found: {
if (o == null) {
for (; i < size; i++)
if (es[i] == null)
break found;
} else {
for (; i < size; i++)
if (o.equals(es[i]))
break found;
}
return false;
}
fastRemove(es, i);
return true;
}
该方法通过 break label 的方式找到要删除元素（null 的时候使用 == 操作符判断，非 null 的时候使用 equals() 方法，意味着如果有相同元素时，删除第一个）的下标，然后调用 fastRemove() 方法。
既然都调用了 fastRemove() 方法，那就继续来跟踪一下源码：
private void fastRemove(Object[] es, int i) {
modCount++;
final int newSize;
if ((newSize = size - 1) > i)
System.arraycopy(es, i + 1, es, i, newSize - i);
es[size = newSize] = null;
}
当删除的是末尾的元素时，不需要复制数组，直接把末尾的元素赋值为 null 即可；否则的话，就需要调用 System.arraycopy() 对数组进行复制。参照文章一开头提到的第三张、第四张图片。
05、查找 ArrayList 中的元素
如果要正序查找一个元素，可以使用 indexOf() 方法；如果要倒序查找一个元素，可以使用 lastIndexOf() 方法。
alist.indexOf("沉默王二");
alist.lastIndexOf("沉默王二");
来看一下 indexOf() 方法的源码：
public int indexOf(Object o) {
return indexOfRange(o, 0, size);
}
int indexOfRange(Object o, int start, int end) {
Object[] es = elementData;
if (o == null) {
for (int i = start; i < end; i++) {
if (es[i] == null) {
return i;
}
}
} else {
for (int i = start; i < end; i++) {
if (o.equals(es[i])) {
return i;
}
}
}
return -1;
}
如果元素为 null 的时候使用“==”操作符，否则使用 equals() 方法——该方法不是 null 安全的。
lastIndexOf() 方法和 indexOf() 方法类似，不过遍历的时候从最后开始。
contains() 方法可以判断 ArrayList 中是否包含某个元素，其内部调用了 indexOf() 方法：
public boolean contains(Object o) {
return indexOf(o) >= 0;
}
如果 ArrayList 中的元素是经过排序的，就可以使用二分查找法，效率更快。
Collections 类的 sort() 方法可以对 ArrayList 进行排序，该方法会按照字母顺序对 String 类型的列表进行排序。如果是自定义类型的列表，还可以指定 Comparator 进行排序。
List<String> copy = new ArrayList<>(alist);
copy.add("a");
copy.add("c");
copy.add("b");
copy.add("d");
Collections.sort(copy);
System.out.println(copy);
输出结果如下所示：
[a, b, c, d]
排序后就可以使用二分查找法了：
int index = Collections.binarySearch(copy, "b");
06、最后
关于 ArrayList，就先介绍这么多吧，通过源码的角度，我想小伙伴们一定对 ArrayList 有了更深刻的印象。
简单总结一下 ArrayList 的时间复杂度，方便后面学习 LinkedList 时作为一个对比。
1）通过下标（也就是 get(int index)）访问一个元素的时间复杂度为 O(1)，因为是直达的，无论数据增大多少倍，耗时都不变。
2）添加一个元素（也就是 add()）的时间复杂度为 O(1)，因为直接添加到末尾。
3）删除一个元素的时间复杂度为 O(n)，因为要遍历列表，数据量增大几倍，耗时也增大几倍。
4）查找一个未排序的列表时间复杂度为 O(n)，因为要遍历列表；查找排序过的列表时间复杂度为 O(log n)，因为可以使用二分查找法，当数据增大 n 倍时，耗时增大 logn 倍（这里的 log 是以 2 为底的，每找一次排除一半的可能）。
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注：如果文章有任何问题，欢迎毫不留情地指正。
很多读者都同情我说，“二哥，你像母猪似的日更原创累不累？”我只能说写作不易，且行且珍惜啊，关键是我真的喜欢写作。最后，欢迎微信搜索「沉默王二」第一时间阅读，回复「简历」更有阿里大佬的简历模板，本文 GitHub github.com/itwanger 已收录，欢迎 star。
