【List集合】List接口源码解读一（ArrayList）

前言

Java 语言由于其跨平台、社区良好等特性，在企业级应用、移动应用、互联网开发等领域广泛应用。今天，让我们来认识一下 java.util 包下的 ArrayList 集合框架

1. List接口的基本信息

根据源码所知：

代码文档的作者：乔什·布洛赫（Josh Bolch）和尼尔·盖夫特（Neal Gafter）

List 接口继承自Collection接口
List 的实现类：

ArrayList
LinkedList
Vector

List 的抽象类：

AbstractList
AbstractSequentialList

代码起始版本：Java 1.2

2. ArrayList

2.1.ArrayList 的基本信息

根据源码所知：

ArrayList 继承自抽象类 AbstractList
ArrayList 实现的接口：

List 接口：表示一个有序的集合
RandomAccess：标记接口，用于标识支持高效随机访问的集合
Cloneable：支持克隆（Clone）操作
java.io.Serializable：可以将当前类的对象转换为字节序列，以便在网络传输和保存到文件

根据源码所知：

serialVersionUID ：这是用于序列化和反序列化 ArrayList 对象时的版本号。当对 ArrayList 类进行修改时，需要更新该版本号，以确保序列化和反序列化的兼容性。
int DEFAULT_CAPACITY = 10：默认的初始容量值，表示当没有指定容量时，ArrayList 的初始容量为 10。
Object[ ] EMPTY_ELEMENTDATA = { }: 这是一个空的 Object 数组，用于表示空的 ArrayList 实例。
Object[ ] DEFAULTCAPACITY_ELEMENTDATA = { }：这也是一个空的 Object 数组，与 EMPTY_ELEMENTDATA 不同之处在于，当第一个元素被添加时，如果 elementData 数组等于 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA，它将会被扩容为默认容量 DEFAULT_CAPACITY。
transient Object [ ] elementData：存储 ArrayList 元素的数组缓冲区。ArrayList 的容量等于这个数组缓冲区的长度。当 elementData 等于 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 时，表示 ArrayList 是空的，并且当第一个元素被添加时，会将其扩容为默认容量。

2.2. ArrayList 的构造方法

2.2.1 ArrayList 的构造方法一

根据源码所知：

这个构造方法接受一个整型参数，其中 initialCapacity 表示初始化 ArrayList 的初始容量

如果 initialCapacity 大于0，则初始化 elementData 数组为指定容量的 Object 数组。
如果 initialCapacity 等于0，则将 elementData 数组初始化为空的常量EMPTY_ELEMENTDATA。
如果 initialCapacity 小于0，则抛出 IllegalArgumentException 异常，提示传入的容量参数不合法。

2.2.2 ArrayList 的构造方法二

根据源码所知：

这是一个无参构造方法，用于构造一个空列表，初始容量为默认的大小。

默认的空列表会将 elementData 数组初始化为DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA。

2.2.3 ArrayList 的构造方法三

根据源码所知：

这个构造方法接受一个类型为Collection的参数c，用于构造一个包含指定集合元素的ArrayList。

将集合c转换为数组，并赋值给 elementData。
获取数组的长度作为列表的大小 size。
如果数组的长度不为0，针对可能出现的类型转换问题进行处理，确保elementData是Object[] 类型。
如果数组长度为0，将elementData初始化为空的常量EMPTY_ELEMENTDATA。

2.3 ArrayList 的扩容方式

根据源码所知：

当 ArrayList 需要进行扩容时，会调用 grow(int minCapacity)方法。这个方法会计算出新的容量值 newCapacity
通常情况下，新容量值是旧容量的1.5倍（即 oldCapacity + (oldCapacity >> 1)）
接着会判断是否超出了最大数组容量（2^31 - 1 - 8），如果超出则调用 hugeCapacity 方法进行处理
最后，通过调用 Arrays.copyOf 方法，将原数组的内容复制到新的具有更大容量的数组中，完成扩容操作

根据源码所知：

当数组容量的新容量超出最大数组容量（2^31 - 1 - 8）时调用hugeCapacity 方法进行处理，如果需要的最小容量 minCapacity 小于 0，则会抛出 OutOfMemoryError 异常
如果需要的最小容量 minCapacity 超出数组最大容量(2^31 - 1 - 8)，则返回 2^31 - 1 给新容量，否则返回数组最大容量 2^31 - 1 -8

总结

ArrayList 继承自 AbstractList 抽象类

ArrayList 的应用场景：

ArrayList 的数据结构为 Object[ ] 数组，实现了 RandomAccess 接口，支持高效随机访问和克隆操作。适用于遍历、查找等读取数据元素的应用场景。
ArrayList 实现了 java.io.Serializable ,可以被序列化为字节序列，以便在网络传输和保存到文件

ArrayList 的扩容方式：

使用无参构造方法创建 ArrayList 时，实际上初始化赋值是一个空数组，当向数组中添加第一个元素时，数组容量扩容为10
当数组容量不足时，调用 grow() 方法进行扩容，每次扩容后容量会变为原来的 1.5 倍左右
ArrayList 的最大容量为 2^31 - 1 或 2^31 -1 -8