java集合框架03——ArrayList和源码分析

    最近忙着替公司招人好久没写了，荒废了不好意思。

   上一章学习了Collection的架构，并阅读了部分源码，这一章开始，我们将对Collection的具体实现进行详细学习。首先学习List。而ArrayList又是List中最为常用的，因此本章先学习ArrayList。先对ArrayList有个整体的认识，然后学习它的源码，深入剖析ArrayList。

1. ArrayList简介

    首先看看ArrayList与Collection的关系：

    ArrayList的继承关系如下：

java.lang.Object  
   ↳     java.util.AbstractCollection<E>  
         ↳     java.util.AbstractList<E>  
               ↳     java.util.ArrayList<E>  
  
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>  
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {}  

   ArrayList继承了AbstractList，实现了List。它是一个数组队列，相当于动态数组。提供了相关的添加、删除、修改和遍历等功能。

    ArrayList实现了RandomAccess接口，即提供了随机访问功能。RandomAccess是Java中用来被List实现，为List提供快速访问功能的。在ArrayList中，我们即可以通过元素的序号来快速获取元素对象，这就是快速随机访问。下文会比较List的“快速随机访问”和使用“Iterator迭代器访问”的效率。

    ArrayList实现了Cloneable接口，即覆盖了函数clone()，能被克隆。

    ArrayList实现了java.io.Serializable接口，这意味着ArrayList支持序列化，能通过序列化去传输。

    和Vector不同，ArrayList中的操作是非线程安全的。所以建议在单线程中使用ArrayList，在多线程中选择Vector或者CopyOnWriteArrayList。

    我们先总览下ArrayList的构造函数和API

/****************** ArrayList中的构造函数 ***************/  
// 默认构造函数  
ArrayList()  
  
// capacity是ArrayList的默认容量大小。当由于增加数据导致容量不足时，容量会添加上一次容量大小的一半。  
ArrayList(int capacity)  
  
// 创建一个包含collection的ArrayList  
ArrayList(Collection<? extends E> collection)  
  
/****************** ArrayList中的API ********************/  
// Collection中定义的API  
boolean             add(E object)  
boolean             addAll(Collection<? extends E> collection)  
void                clear()  
boolean             contains(Object object)  
boolean             containsAll(Collection<?> collection)  
boolean             equals(Object object)  
int                 hashCode()  
boolean             isEmpty()  
Iterator<E>         iterator()  
boolean             remove(Object object)  
boolean             removeAll(Collection<?> collection)  
boolean             retainAll(Collection<?> collection)  
int                 size()  
<T> T[]             toArray(T[] array)  
Object[]            toArray()  
// AbstractCollection中定义的API  
void                add(int location, E object)  
boolean             addAll(int location, Collection<? extends E> collection)  
E                   get(int location)  
int                 indexOf(Object object)  
int                 lastIndexOf(Object object)  
ListIterator<E>     listIterator(int location)  
ListIterator<E>     listIterator()  
E                   remove(int location)  
E                   set(int location, E object)  
List<E>             subList(int start, int end)  
// ArrayList新增的API  
Object               clone()  
void                 ensureCapacity(int minimumCapacity)  
void                 trimToSize()  
void                 removeRange(int fromIndex, int toIndex) 

 ArrayList包含了两个重要的对象：elementData和size。

    elementData是Object[]类型的数组，它保存了添加到ArrayList中的元素。实际上，elementData是一个动态数组，我们能通过ArrayList(int initialCapacity)来执行它的初始容量为initialCapacity。如果通过不含参数的构造函数来创建ArrayList，则elementData是一个空数组（后面会调整其大小）。elementData数组的大小会根据ArrayList容量的增长而动态的增长，具体见下面的源码。

   size则是动态数组实际的大小。

2. ArrayList源码分析(基于JDK1.7)

        下面通过分析ArrayList的源码更加深入的了解ArrayList原理。由于ArrayList是通过数组实现的，所以源码比较容易理解：

        篇幅有点长请一定要耐心看，有点心理准备

package java.util;  
  
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>  
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable  
{  
    //序列版本号  
    private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;  
  
    //默认初始化容量  
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;  
  
    //空数组，用来实例化不带容量大小的构造函数  
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};  
  
    //保存ArrayList中数据的数组  
    private transient Object[] elementData;  
  
    //ArrayList中实际数据的数量  
    private int size;  
  
/******************************** Constructor ***********************************/  
  
    //ArrayList带容量大小的构造函数  
    public ArrayList(int initialCapacity) {  
        super();  
        if (initialCapacity < 0)  
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+  
                                               initialCapacity);  
        this.elementData = new Object[initialCapacity]; //新建一个数组初始化elementData  
    }  
    
    //不带参数的构造函数  
    public ArrayList() {  
        super();  
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;//使用空数组初始化elementData  
    }  
  
    //用Collection来初始化ArrayList  
    public ArrayList(Collection<? extends E> c) {  
        elementData = c.toArray(); //将Collection中的内容转换成数组初始化elementData  
        size = elementData.length;  
        // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)  
        if (elementData.getClass() != Object[].class)  
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);  
    }  
  
/********************************* Array size ************************************/  
  
    //重新“修剪”数组容量大小  
    public void trimToSize() {  
        modCount++;  
        //当ArrayList中的元素个数小于elementData数组大小时，重新修整elementData到size大小  
        if (size < elementData.length) {  
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);  
        }  
    }  
  
    //给数组扩容，该方法是提供给外界调用的，是public的，真正扩容是在下面的private方法里  
    public void ensureCapacity(int minCapacity) {  
        int minExpand = (elementData != EMPTY_ELEMENTDATA)  
            // any size if real element table  
            ? 0  
            // larger than default for empty table. It's already supposed to be  
            // at default size.  
            : DEFAULT_CAPACITY;  
  
        if (minCapacity > minExpand) {  
            ensureExplicitCapacity(minCapacity);  
        }  
    }  
  
    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {  
    //如果是个空数组  
        if (elementData == EMPTY_ELEMENTDATA) {  
        //取minCapacity和10的较大者  
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);  
        }  
    //如果数组已经有数据了  
        ensureExplicitCapacity(minCapacity);  
    }  
      
    //确保数组容量大于ArrayList中元素个数  
    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {  
        modCount++; //将“修改统计数”+1  
  
        //如果实际数据容量大于数组容量，就给数组扩容  
        if (minCapacity - elementData.length > 0)  
            grow(minCapacity);  
    }  
  
    //分配的最大数组空间  
    private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;  
  
    //增大数组空间  
    private void grow(int minCapacity) {  
        // overflow-conscious code  
        int oldCapacity = elementData.length;  
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); //在原来容量的基础上加上 oldCapacity/2  
        if (newCapacity - minCapacity < 0)  
            newCapacity = minCapacity; //最少保证容量和minCapacity一样  
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)  
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); //最多不能超过最大容量  
        // 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) // overflow  
            throw new OutOfMemoryError();  
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?  
            Integer.MAX_VALUE :  
            MAX_ARRAY_SIZE;  
    }  
  
    //返回ArrayList的实际大小  
    public int size() {  
        return size;  
    }  
  
    //判断ArrayList是否为空  
    public boolean isEmpty() {  
        return size == 0;  
    }   
  
/****************************** Search Operations *************************/  
  
    //判断ArrayList是否包含Object o  
    public boolean contains(Object o) {  
        return indexOf(o) >= 0;  
    }  
  
    //正向查找，返回元素的索引值  
    public int indexOf(Object o) {  
        if (o == null) {  
            for (int i = 0; i < size; i++)  
                if (elementData[i]==null)  
                    return i;  
        } else {  
            for (int i = 0; i < size; i++)  
                if (o.equals(elementData[i]))  
                    return i;  
        }  
        return -1;  
    }  
  
    //反向查找，返回元素的索引值  
    public int lastIndexOf(Object o) {  
        if (o == null) {  
            for (int i = size-1; i >= 0; i--)  
                if (elementData[i]==null)  
                    return i;  
        } else {  
            for (int i = size-1; i >= 0; i--)  
                if (o.equals(elementData[i]))  
                    return i;  
        }  
        return -1;  
    }  
  
/******************************* Clone *********************************/  
  
    //克隆函数  
    public Object clone() {  
        try {  
            @SuppressWarnings("unchecked")  
                ArrayList<E> v = (ArrayList<E>) super.clone();  
        //将当前ArrayList的全部元素拷贝到v中  
            v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);  
            v.modCount = 0;  
            return v;  
        } catch (CloneNotSupportedException e) {  
            // this shouldn't happen, since we are Cloneable  
            throw new InternalError();  
        }  
    }  
  
/********************************* toArray *****************************/  
  
    /** 
    * 返回一个Object数组，包含ArrayList中所有的元素 
    * toArray()方法扮演着array-based和collection-based API之间的桥梁 
    */  
    public Object[] toArray() {  
        return Arrays.copyOf(elementData, size);  
    }  
  
    //返回ArrayList的模板数组  
    @SuppressWarnings("unchecked")  
    public <T> T[] toArray(T[] a) {  
    //如果数组a的大小 < ArrayList的元素个数，  
    //则新建一个T[]数组，大小为ArrayList元素个数，并将“ArrayList”全部拷贝到新数组中。  
        if (a.length < size)  
            return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());  
  
    //如果数组a的大小 >= ArrayList的元素个数，  
    //则将ArrayList全部拷贝到新数组a中。  
        System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);  
        if (a.length > size)  
            a[size] = null;  
        return a;  
    }  
  
/******************** Positional Access Operations ********************/  
  
    @SuppressWarnings("unchecked")  
    E elementData(int index) {  
        return (E) elementData[index];  
    }  
  
    //获取index位置的元素值  
    public E get(int index) {  
        rangeCheck(index); //首先判断index的范围是否合法  
  
        return elementData(index);  
    }  
  
    //将index位置的值设为element，并返回原来的值  
    public E set(int index, E element) {  
        rangeCheck(index);  
  
        E oldValue = elementData(index);  
        elementData[index] = element;  
        return oldValue;  
    }  
  
    //将e添加到ArrayList中  
    public boolean add(E e) {  
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!  
        elementData[size++] = e;  
        return true;  
    }  
  
    //将element添加到ArrayList的指定位置  
    public void add(int index, E element) {  
        rangeCheckForAdd(index);  
  
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!  
    //将index以及index之后的数据复制到index+1的位置往后，即从index开始向后挪了一位  
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,  
                         size - index);   
        elementData[index] = element; //然后在index处插入element  
        size++;  
    }  
  
    //删除ArrayList指定位置的元素  
    public E remove(int index) {  
        rangeCheck(index);  
  
        modCount++;  
        E oldValue = elementData(index);  
  
        int numMoved = size - index - 1;  
        if (numMoved > 0)  
        //向左挪一位，index位置原来的数据已经被覆盖了  
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,  
                             numMoved);  
    //多出来的最后一位删掉  
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work  
  
        return oldValue;  
    }  
  
    //删除ArrayList中指定的元素  
    public boolean remove(Object o) {  
        if (o == null) {  
            for (int index = 0; index < size; index++)  
                if (elementData[index] == null) {  
                    fastRemove(index);  
                    return true;  
                }  
        } else {  
            for (int index = 0; index < size; index++)  
                if (o.equals(elementData[index])) {  
                    fastRemove(index);  
                    return true;  
                }  
        }  
        return false;  
    }  
  
    //private的快速删除与上面的public普通删除区别在于，没有进行边界判断以及不返回删除值  
    private void fastRemove(int index) {  
        modCount++;  
        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  
    }  
  
    //清空ArrayList，将全部元素置为null  
    public void clear() {  
        modCount++;  
  
        // clear to let GC do its work  
        for (int i = 0; i < size; i++)  
            elementData[i] = null;  
  
        size = 0;  
    }  
  
    //将集合C中所有的元素添加到ArrayList中  
    public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {  
        Object[] a = c.toArray();  
        int numNew = a.length;  
        ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount  
    //在原来数组的后面添加c中所有的元素  
        System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);  
        size += numNew;  
        return numNew != 0;  
    }  
  
    //从index位置开始，将集合C中所欲的元素添加到ArrayList中  
    public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {  
        rangeCheckForAdd(index);  
  
        Object[] a = c.toArray();  
        int numNew = a.length;  
        ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount  
  
        int numMoved = size - index;  
        if (numMoved > 0)  
        //将index开始向后的所有数据，向后移动numNew个位置，给新插入的数据腾出空间  
            System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,  
                             numMoved);  
    //将集合C中的数据插到刚刚腾出的位置  
        System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);  
        size += numNew;  
        return numNew != 0;  
    }  
  
    //删除从fromIndex到toIndex之间的数据，不包括toIndex位置的数据  
    protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {  
        modCount++;  
        int numMoved = size - toIndex;  
        System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex,  
                         numMoved);  
  
        // clear to let GC do its work  
        int newSize = size - (toIndex-fromIndex);  
        for (int i = newSize; i < size; i++) {  
            elementData[i] = null;  
        }  
        size = newSize;  
    }  
      
    //范围检测  
    private void rangeCheck(int index) {  
        if (index >= size)  
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));  
    }  
  
    //add和addAll方法中的范围检测  
    private void rangeCheckForAdd(int index) {  
        if (index > size || index < 0)  
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));  
    }  
  
    private String outOfBoundsMsg(int index) {  
        return "Index: "+index+", Size: "+size;  
    }  
  
    //删除ArrayList中所有集合C中包含的数据  
    public boolean removeAll(Collection<?> c) {  
        return batchRemove(c, false);  
    }  
  
    //删除ArrayList中除了集合C中包含的数据外的其他所有数据  
    public boolean retainAll(Collection<?> c) {  
        return batchRemove(c, true);  
    }  
      
    //批量删除  
    private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement) {  
        final Object[] elementData = this.elementData;  
        int r = 0, w = 0;  
        boolean modified = false;  
        try {  
            for (; r < size; r++)  
                if (c.contains(elementData[r]) == complement)  
                    elementData[w++] = elementData[r];  
        } finally {  
            // Preserve behavioral compatibility with AbstractCollection,  
            // even if c.contains() throws.  
        //官方的注释是为了保持和AbstractCollection的兼容性  
        //我的理解是上面c.contains抛出了异常，导致for循环终止，那么必然会导致r != size  
        //所以0-w之间是需要保留的数据，同时从w索引开始将剩下没有循环的数据(也就是从r开始的)拷贝回来，也保留  
            if (r != size) {  
                System.arraycopy(elementData, r,  
                                 elementData, w,  
                                 size - r);  
                w += size - r;  
            }  
        //for循环完毕，检测了所有的元素  
        //0-w之间保存了需要留下的数据，w开始以及后面的数据全部清空  
            if (w != size) {  
                // clear to let GC do its work  
                for (int i = w; i < size; i++)  
                    elementData[i] = null;  
                modCount += size - w;  
                size = w;  
                modified = true;  
            }  
        }  
        return modified;  
    }  
  
/***************************** Writer and Read Object *************************/  
  
    //java.io.Serializable的写入函数  
    //将ArrayList的“容量、所有的元素值”都写入到输出流中  
    private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)  
        throws java.io.IOException{  
        // Write out element count, and any hidden stuff  
        int expectedModCount = modCount;  
        s.defaultWriteObject();  
  
        // Write out size as capacity for behavioural compatibility with clone()  
    //写入“数组的容量”，保持与clone()的兼容性  
        s.writeInt(size);  
  
        //写入“数组的每一个元素”  
        for (int i=0; i<size; i++) {  
            s.writeObject(elementData[i]);  
        }  
  
        if (modCount != expectedModCount) {  
            throw new ConcurrentModificationException();  
        }  
    }  
  
    //java.io.Serializable的读取函数：根据写入方式读出  
    private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)  
        throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {  
        elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;  
  
        // Read in size, and any hidden stuff  
        s.defaultReadObject();  
  
        //从输入流中读取ArrayList的“容量”  
        s.readInt(); // ignored  
  
        if (size > 0) {  
            // be like clone(), allocate array based upon size not capacity  
            ensureCapacityInternal(size);  
  
            Object[] a = elementData;  
            //从输入流中将“所有元素值”读出  
            for (int i=0; i<size; i++) {  
                a[i] = s.readObject();  
            }  
        }  
    }  
  
/******************************** Iterators ************************************/  
  
    /** 
    * 该部分的方法重写了AbstractList抽象类中Iterator部分的方法，因为ArrayList继承 
    * 了AbstractList，基本大同小异，只是这里针对本类的数组，思想与AbstractList一致 
    * 可以参照上一章Collection架构与源码分析的AbatractList部分 
    */  
    public ListIterator<E> listIterator(int index) {  
        if (index < 0 || index > size)  
            throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);  
        return new ListItr(index);  
    }  
  
    public ListIterator<E> listIterator() {  
        return new ListItr(0);  
    }  
  
    public Iterator<E> iterator() {  
        return new Itr();  
    }  
  
    private class Itr implements Iterator<E> {  
        int cursor;       // index of next element to return  
        int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such  
        int expectedModCount = modCount;  
  
        public boolean hasNext() {  
            return cursor != size;  
        }  
  
        @SuppressWarnings("unchecked")  
        public E next() {  
            checkForComodification();  
            int i = cursor;  
            if (i >= size)  
                throw new NoSuchElementException();  
            Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;  
            if (i >= elementData.length)  
                throw new ConcurrentModificationException();  
            cursor = i + 1;  
            return (E) elementData[lastRet = i];  
        }  
  
        public void remove() {  
            if (lastRet < 0)  
                throw new IllegalStateException();  
            checkForComodification();  
  
            try {  
                ArrayList.this.remove(lastRet);  
                cursor = lastRet;  
                lastRet = -1;  
                expectedModCount = modCount;  
            } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {  
                throw new ConcurrentModificationException();  
            }  
        }  
  
        final void checkForComodification() {  
            if (modCount != expectedModCount)  
                throw new ConcurrentModificationException();  
        }  
    }  
  
    private class ListItr extends Itr implements ListIterator<E> {  
        ListItr(int index) {  
            super();  
            cursor = index;  
        }  
  
        public boolean hasPrevious() {  
            return cursor != 0;  
        }  
  
        public int nextIndex() {  
            return cursor;  
        }  
  
        public int previousIndex() {  
            return cursor - 1;  
        }  
  
        @SuppressWarnings("unchecked")  
        public E previous() {  
            checkForComodification();  
            int i = cursor - 1;  
            if (i < 0)  
                throw new NoSuchElementException();  
            Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;  
            if (i >= elementData.length)  
                throw new ConcurrentModificationException();  
            cursor = i;  
            return (E) elementData[lastRet = i];  
        }  
  
        public void set(E e) {  
            if (lastRet < 0)  
                throw new IllegalStateException();  
            checkForComodification();  
  
            try {  
                ArrayList.this.set(lastRet, e);  
            } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {  
                throw new ConcurrentModificationException();  
            }  
        }  
  
        public void add(E e) {  
            checkForComodification();  
  
            try {  
                int i = cursor;  
                ArrayList.this.add(i, e);  
                cursor = i + 1;  
                lastRet = -1;  
                expectedModCount = modCount;  
            } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {  
                throw new ConcurrentModificationException();  
            }  
        }  
    }  
  
    public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) {  
        subListRangeCheck(fromIndex, toIndex, size);  
        return new SubList(this, 0, fromIndex, toIndex);  
    }  
  
    static void subListRangeCheck(int fromIndex, int toIndex, int size) {  
        if (fromIndex < 0)  
            throw new IndexOutOfBoundsException("fromIndex = " + fromIndex);  
        if (toIndex > size)  
            throw new IndexOutOfBoundsException("toIndex = " + toIndex);  
        if (fromIndex > toIndex)  
            throw new IllegalArgumentException("fromIndex(" + fromIndex +  
                                               ") > toIndex(" + toIndex + ")");  
    }  
  
    private class SubList extends AbstractList<E> implements RandomAccess {  
        private final AbstractList<E> parent;  
        private final int parentOffset;  
        private final int offset;  
        int size;  
  
        SubList(AbstractList<E> parent,  
                int offset, int fromIndex, int toIndex) {  
            this.parent = parent;  
            this.parentOffset = fromIndex;  
            this.offset = offset + fromIndex;  
            this.size = toIndex - fromIndex;  
            this.modCount = ArrayList.this.modCount;  
        }  
  
        public E set(int index, E e) {  
            rangeCheck(index);  
            checkForComodification();  
            E oldValue = ArrayList.this.elementData(offset + index);  
            ArrayList.this.elementData[offset + index] = e;  
            return oldValue;  
        }  
  
        public E get(int index) {  
            rangeCheck(index);  
            checkForComodification();  
            return ArrayList.this.elementData(offset + index);  
        }  
  
        public int size() {  
            checkForComodification();  
            return this.size;  
        }  
  
        public void add(int index, E e) {  
            rangeCheckForAdd(index);  
            checkForComodification();  
            parent.add(parentOffset + index, e);  
            this.modCount = parent.modCount;  
            this.size++;  
        }  
  
        public E remove(int index) {  
            rangeCheck(index);  
            checkForComodification();  
            E result = parent.remove(parentOffset + index);  
            this.modCount = parent.modCount;  
            this.size--;  
            return result;  
        }  
  
        protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {  
            checkForComodification();  
            parent.removeRange(parentOffset + fromIndex,  
                               parentOffset + toIndex);  
            this.modCount = parent.modCount;  
            this.size -= toIndex - fromIndex;  
        }  
  
        public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {  
            return addAll(this.size, c);  
        }  
  
        public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {  
            rangeCheckForAdd(index);  
            int cSize = c.size();  
            if (cSize==0)  
                return false;  
  
            checkForComodification();  
            parent.addAll(parentOffset + index, c);  
            this.modCount = parent.modCount;  
            this.size += cSize;  
            return true;  
        }  
  
        public Iterator<E> iterator() {  
            return listIterator();  
        }  
  
        public ListIterator<E> listIterator(final int index) {  
            checkForComodification();  
            rangeCheckForAdd(index);  
            final int offset = this.offset;  
  
            return new ListIterator<E>() {  
                int cursor = index;  
                int lastRet = -1;  
                int expectedModCount = ArrayList.this.modCount;  
  
                public boolean hasNext() {  
                    return cursor != SubList.this.size;  
                }  
  
                @SuppressWarnings("unchecked")  
                public E next() {  
                    checkForComodification();  
                    int i = cursor;  
                    if (i >= SubList.this.size)  
                        throw new NoSuchElementException();  
                    Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;  
                    if (offset + i >= elementData.length)  
                        throw new ConcurrentModificationException();  
                    cursor = i + 1;  
                    return (E) elementData[offset + (lastRet = i)];  
                }  
  
                public boolean hasPrevious() {  
                    return cursor != 0;  
                }  
  
                @SuppressWarnings("unchecked")  
                public E previous() {  
                    checkForComodification();  
                    int i = cursor - 1;  
                    if (i < 0)  
                        throw new NoSuchElementException();  
                    Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;  
                    if (offset + i >= elementData.length)  
                        throw new ConcurrentModificationException();  
                    cursor = i;  
                    return (E) elementData[offset + (lastRet = i)];  
                }  
  
                public int nextIndex() {  
                    return cursor;  
                }  
  
                public int previousIndex() {  
                    return cursor - 1;  
                }  
  
                public void remove() {  
                    if (lastRet < 0)  
                        throw new IllegalStateException();  
                    checkForComodification();  
  
                    try {  
                        SubList.this.remove(lastRet);  
                        cursor = lastRet;  
                        lastRet = -1;  
                        expectedModCount = ArrayList.this.modCount;  
                    } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {  
                        throw new ConcurrentModificationException();  
                    }  
                }  
  
                public void set(E e) {  
                    if (lastRet < 0)  
                        throw new IllegalStateException();  
                    checkForComodification();  
  
                    try {  
                        ArrayList.this.set(offset + lastRet, e);  
                    } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {  
                        throw new ConcurrentModificationException();  
                    }  
                }  
  
                public void add(E e) {  
                    checkForComodification();  
  
                    try {  
                        int i = cursor;  
                        SubList.this.add(i, e);  
                        cursor = i + 1;  
                        lastRet = -1;  
                        expectedModCount = ArrayList.this.modCount;  
                    } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {  
                        throw new ConcurrentModificationException();  
                    }  
                }  
  
                final void checkForComodification() {  
                    if (expectedModCount != ArrayList.this.modCount)  
                        throw new ConcurrentModificationException();  
                }  
            };  
        }  
  
        public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) {  
            subListRangeCheck(fromIndex, toIndex, size);  
            return new SubList(this, offset, fromIndex, toIndex);  
        }  
  
        private void rangeCheck(int index) {  
            if (index < 0 || index >= this.size)  
                throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));  
        }  
  
        private void rangeCheckForAdd(int index) {  
            if (index < 0 || index > this.size)  
                throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));  
        }  
  
        private String outOfBoundsMsg(int index) {  
            return "Index: "+index+", Size: "+this.size;  
        }  
  
        private void checkForComodification() {  
            if (ArrayList.this.modCount != this.modCount)  
                throw new ConcurrentModificationException();  
        }  
    }  
}  

总结一下：

    1）. ArrayList实际上是通过一个数组去保存数据的，当我们构造ArrayList时，如果使用默认构造函数，最后ArrayList的默认容量大小是10。

    2）. 当ArrayList容量不足以容纳全部元素时，ArrayList会自动扩张容量，新的容量 = 原始容量 + 原始容量 / 2。

    3）. ArrayList的克隆函数，即是将全部元素克隆到一个数组中。

    4. ArrayList实现java.io.Serializable的方式。当写入到输出流时，先写入“容量”，再依次写出“每一个元素”；当读出输入流时，先读取“容量”，再依次读取“每一个元素”。

3. ArrayList遍历方式

    ArrayList支持三种遍历方式，下面我们逐个讨论：

    1）. 通过迭代器遍历。即Iterator迭代器。

Integer value = null;  
Iterator it = list.iterator();  
while (it.hasNext()) {  
    value = (Integer)it.next();  
}  

2）. 随机访问，通过索引值去遍历。由于ArrayList实现了RandomAccess接口，所以它支持通过索引值去随机访问元素。

Integer value = null;  
int size = list.size();  
for (int i = 0; i < size; i++) {  
    value = (Integer)list.get(i);          
}  

 3）. 通过for循环遍历。

Integer value = null;  
for (Integer integ : list) {  
    value = integ;  
}  

 下面写了一个测试用例，比较这三种遍历方式的效率：

import java.util.*;  
  
/* 
 * @description ArrayList三种遍历方式效率的测试 
 * @author eson_15 
 */  
public class ArrayListRandomAccessTest {  
  
    public static void main(String[] args) {  
        List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();  
        for (int i=0; i<500000; i++)  
            list.add(i);  
        isRandomAccessSupported(list);//判断是否支持RandomAccess  
        iteratorThroughRandomAccess(list) ;  
        iteratorThroughIterator(list) ;  
        iteratorThroughFor(list) ;  
      
    }  
  
    private static void isRandomAccessSupported(List<Integer> list) {  
        if (list instanceof RandomAccess) {  
            System.out.println("RandomAccess implemented!");  
        } else {  
            System.out.println("RandomAccess not implemented!");  
        }  
  
    }  
  
    public static void iteratorThroughRandomAccess(List<Integer> list) {  
  
        long startTime;  
        long endTime;  
        startTime = System.currentTimeMillis();  
        for (int i=0; i<list.size(); i++) {  
            list.get(i);  
        }  
        endTime = System.currentTimeMillis();  
        long interval = endTime - startTime;  
        System.out.println("RandomAccess遍历时间：" + interval+" ms");  
    }  
  
    public static void iteratorThroughIterator(List<Integer> list) {  
  
        long startTime;  
        long endTime;  
        startTime = System.currentTimeMillis();  
        for(Iterator<Integer> it = list.iterator(); it.hasNext(); ) {  
            it.next();  
        }  
        endTime = System.currentTimeMillis();  
        long interval = endTime - startTime;  
        System.out.println("Iterator遍历时间：" + interval+" ms");  
    }  
  
  
    @SuppressWarnings("unused")  
    public static void iteratorThroughFor(List<Integer> list) {  
  
        long startTime;  
        long endTime;  
        startTime = System.currentTimeMillis();  
        for(Object obj : list)  
            ;  
        endTime = System.currentTimeMillis();  
        long interval = endTime - startTime;  
        System.out.println("For循环遍历时间：" + interval+" ms");  
    }  
}  

   每次执行的结果会有一点点区别，在这里我统计了6次执行结果，见下表：

 

	RandomAccess(ms)	Iterator(ms)	For(ms)
第一次	5	8	7
第二次	4	7	7
第三次	5	8	10
第四次	5	7	6
第五次	5	8	7
第六次	5	7	6
平均	4.8	7.5	7.1

    由此可见，遍历ArrayList时，使用随机访问（即通过索引号访问）效率最高，而使用迭代器的效率最低。

4. toArray()异常问题

    当我们调用ArrayList中的toArray()方法时，可能会遇到"java.lang.ClassCastException"异常的情况，下面来讨论下出现的原因：

    ArrayList中提供了2个toArray()方法：

Object[] toArray()  
<T> T[] toArray(T[] contents)

调用toArray()函数会抛出"java.lang.ClassCastException"异常，但是调用toArray(T[] contents)能正常返回T[]。toArray()会抛出异常是因为toArray()返回的是Object[]数组，将Object[]转换为其它类型（比如将Object[]转换为Integer[]）则会抛出"java.lang.ClassCastException"异常，因为java不支持向下转型。解决该问题的办法是调用<T> T[] toArray(T[] contents)，而不是Object[] toArray()。

    调用<T> T[] toArray(T[] contents)返回T[]可以通过以下几种方式实现：

// toArray(T[] contents)调用方式一  
public static Integer[] vectorToArray1(ArrayList<Integer> v) {  
    Integer[] newText = new Integer[v.size()];  
    v.toArray(newText);  
    return newText;  
}  
  
// toArray(T[] contents)调用方式二。<span style="color:#FF6666;">最常用！</span>  
public static Integer[] vectorToArray2(ArrayList<Integer> v) {  
    Integer[] newText = (Integer[])v.toArray(new Integer[v.size()]);  
    return newText;  
}  
  
// toArray(T[] contents)调用方式三  
public static Integer[] vectorToArray3(ArrayList<Integer> v) {  
    Integer[] newText = new Integer[v.size()];  
    Integer[] newStrings = (Integer[])v.toArray(newText);  
    return newStrings;  
}  

三种方式都大同小异。

    ArrayList源码就讨论这么多，如有错误，欢迎留言指正~