ArrayList 内部用什么实现的？

谁践踏了优雅 2022-05-21 13:38 156阅读 0赞

在小伙伴的笔试和面试过程中很多时候都会遇到关于ArrayList的问题，回答这样的问题，不要只回答个皮毛，可以再介绍一下 ArrayList 内部是如何实现数组的增加和删除的，因为数组在创建的时候长度是固定的，那么就有个问题我们往 ArrayList 中不断的添加对象，它是如何管理这些数组呢？

ArrayList 内部是用 Object\[\]实现的。接下来我们分别分析 ArrayList 的构造、add、remove、clear 方法的实现 原理。

### 一、构造函数 ###

1）空参构造

/**
    * Constructs a new {@code ArrayList} instance with zero initial capacity.
    */
    public ArrayList() {
        array = EmptyArray.OBJECT;
    }

array 是一个 Object\[\]类型。当我们 new 一个空参构造时系统调用了 EmptyArray.OBJECT 属性，EmptyArray 仅仅是一个系统的类库，该类源码如下：

public final class EmptyArray { 
        private EmptyArray() {}
    
        public static final boolean[] BOOLEAN = new boolean[0]; 
        public static final byte[] BYTE = new byte[0];
        public static final char[] CHAR = new char[0]; 
        public static final double[] DOUBLE = new double[0]; 
        public static final int[] INT = new int[0];
    
        public static final Class<?>[] CLASS = new Class[0]; 
        public static final Object[] OBJECT = new Object[0]; 
        public static final String[] STRING = new String[0];
        public static final Throwable[] THROWABLE = new Throwable[0];
        public static final StackTraceElement[] STACK_TRACE_ELEMENT = new StackTraceElement[0];
    }

也就是说当我们 new 一个空参 ArrayList 的时候，系统内部使用了一个new Object\[0\]数组。

2）带参构造 1

/**
    *	Constructs a new instance of {@code ArrayList} with the specified
    *	initial capacity.
    *
    *	@param capacity
    *	the initial capacity of this {@code ArrayList}.
    */
    public ArrayList(int capacity) { 
        if (capacity < 0) {
            throw new IllegalArgumentException("capacity < 0: " + capacity);
        }
        array = (capacity == 0 ? EmptyArray.OBJECT : new Object[capacity]);
    }

该构造函数传入一个 int 值，该值作为数组的长度值。如果该值小于 0，则抛出一个运行时异常。如果等于 0，则使用一个空数组，如果大于 0，则创建一个长度为该值的新数组。

3）带参构造 2

/**
    *	Constructs a new instance of {@code ArrayList} containing the elements of
    *	the specified collection.
    *
    *	@param collection
    *	the collection of elements to add.
    */
    public ArrayList(Collection<? extends E> collection) { 
        if (collection == null) {
            throw new NullPointerException("collection == null");
        }
    
        Object[] a = collection.toArray();
        if (a.getClass() != Object[].class) { 
            Object[] newArray = new Object[a.length];
            System.arraycopy(a, 0, newArray, 0, a.length); a = newArray;
        }
        array = a;
        size = a.length;
    }

如果调用构造函数的时候传入了一个Collection 的子类，那么先判断该集合是否为 null，为 null 则抛出空指针异常。如果不是则将该集合转换为数组 a，然后将该数组赋值为成员变量 array，将该数组的长度作为成员变量 size。这 里面它先判断 a.getClass 是否等于 Object\[\].class，其实一般都是相等的，我也暂时没想明白为什么多加了这个判断， toArray 方法是 Collection 接口定义的，因此其所有的子类都有这样的方法，list 集合的 toArray 和 Set 集合的 toArray 返回的都是 Object\[\]数组。

### 二、add 方法 ###

add 方法有两个重载，这里只研究最简单的那个。

/**
    *	Adds the specified object at the end of this {@code ArrayList}.
    *
    *	@param object
    *	the object to add.
    *	@return always true
    */
    @Override 
    public boolean add(E object) { 
        Object[] a = array;
        int s = size;
        if (s == a.length) {
            Object[] newArray = new Object[s +(s < (MIN_CAPACITY_INCREMENT / 2) ? MIN_CAPACITY_INCREMENT : s >> 1)];
            System.arraycopy(a, 0, newArray, 0, s); array = a = newArray;
        }
        a[s] = object; 
        size = s + 1; 
        modCount++; 
        return true;
    }

1、首先将成员变量 array 赋值给局部变量 a，将成员变量 size 赋值给局部变量 s。

2、判断集合的长度 s 是否等于数组的长度（如果集合的长度已经等于数组的长度了，说明数组已经满了，该重新 分配新数组了），重新分配数组的时候需要计算新分配内存的空间大小，如果当前的长度小 于 MIN\_CAPACITY\_INCREMENT/2（这个常量值是 12，除以 2 就是 6，也就是如果当前集合长度小于 6）则分配 12 个长度，如果集合长度大于 6 则分配当前长度 s 的一半长度。这里面用到了三元运算符和位运算，s>> 1，意思就是将s 往右移 1 位，相当于 s=s/2，只不过位运算是效率最高的运算。

3、将新添加的 object对象作为数组的 a\[s\]个元素。

4、修改集合长度 size 为 s+1

5、modCotun++,该变量是父类中声明的，用于记录集合修改的次数，记录集合修改的次数是为了防止在用迭代 器迭代集合时避免并发修改异常，或者说用于判断是否出现并发修改异常的。

6、returntrue，这个返回值意义不大，因为一直返回 true，除非报了一个运行时异常。

### 三、remove方法 ###

remove 方法有两个重载，我们只研究 remove（intindex）方法。

/**
    *	Removes the object at the specified location from this list.
    *
    *	@param index
    *	the index of the object to remove.
    *	@return the removed object.
    *	@throws IndexOutOfBoundsException
    *	when {@code location < 0 || location >= size()}
    */
    @Override 
    public E remove(int index) { 
        Object[] a = array;
        int s = size;
        if (index >= s) { 
            throwIndexOutOfBoundsException(index, s);
        }
        @SuppressWarnings("unchecked") 
        E result = (E) a[index];
        System.arraycopy(a, index + 1, a, index, --s - index); 
        a[s] = null;  // Prevent memory leak
        size = s; 
        modCount++; 
        return result;
    }

1、先将成员变量 array 和 size 赋值给局部变量 a 和 s。

2、判断形参 index 是否大于等于集合的长度，如果成了则抛出运行时异常

3、获取数组中脚标为 index 的对象 result，该对象作为方法的返回值

4、调用 System 的 arraycopy 函数，拷贝原理如下图所示。

![70][]

5、接下来就是很重要的一个工作，因为删除了一个元素，而且集合整体向前移动了一位，因此需要将集合最后一 个元素设置为 null，否则就可能内存泄露。

6、重新给成员变量 array 和 size 赋值

7、记录修改次数

8、返回删除的元素（让用户再看最后一眼）

### 四、clear方法 ###

/**
    *	Removes all elements from this {@code ArrayList}, leaving it empty.
    *
    *	@see #isEmpty
    *	@see #size
    */
    @Override 
    public void clear() { 
        if (size != 0) {
            Arrays.fill(array, 0, size, null); 
            size = 0;
        modCount++;
        }
    }

如果集合长度不等于 0，则将所有数组的值都设置为 null，然后将成员变量 size 设置为 0 即可，最后让修改记录加 1。

本文简单分析了ArrayList的内部是如何实现的，参考了Java面试宝典，帮助大家简单的理解一下，如有错误，请联系博主。

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