Java集合框架概览之ArrayList源码刨析

Java集合框架概览之ArrayList源码刨析是一个非常重要的主题，需要我们详细探讨ArrayList源码实现的细节，以下为详细攻略：

了解ArrayList基本使用和源码实现

ArrayList基本使用

ArrayList是一个基于动态数组实现的集合类，并且实现了List接口，可以重复存储相同类型的数据。ArrayList也是Java集合框架中基础的数据结构之一。

以下为ArrayList基本使用示例：

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建ArrayList对象
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        // 添加元素
        list.add("A");
        list.add("B");
        list.add("C");
        // 遍历元素
        for (String str : list) {
            System.out.println(str);
        }
    }
}

ArrayList源码实现

ArrayList主要通过动态数组来实现，其源码实现涉及到动态数组的扩容和数据移动等细节问题。

以下为ArrayList源码实现示例：

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
    implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, Serializable {
    // 数组缓冲区，保存ArrayList中的元素
    transient Object[] elementData;
    // ArrayList中元素的个数
    private int size;
    // 默认的容量大小
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
    // 最大容量大小
    private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

    // 构造方法1：创建一个指定容量大小的ArrayList对象
    public ArrayList(int initialCapacity) {
        super();
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        this.elementData = new Object[initialCapacity];
    }

    // 构造方法2：创建一个初始为空的ArrayList对象
    public ArrayList() {
        super();
        this.elementData = new Object[DEFAULT_CAPACITY];
    }

    // 添加元素方法，将指定元素添加到列表尾部
    public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // 内部调用ensureCapacity方法实现扩容
        elementData[size++] = e;  // 将元素添加到列表尾部
        return true;
    }

    // 判断容量是否足够，若不足够，则将容量扩容至 minCapacity
    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }

    // 判断容量是否足够，若不足够，则将容量扩容至 minCapacity
    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;
        // 如果minCapacity大于了当前数组缓冲区的长度，则需要进行扩容操作
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);  // 内部调用grow方法实现扩容
    }

    // 扩容方法，新容量大小为原来容量大小的1.5倍，并将原来的元素复制到新的数组缓冲区中
    private void grow(int minCapacity) {
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);  // 新长度为原长度的1.5倍
        if (newCapacity - minCapacity < 0)  // 如果新长度还是小于minCapacity，则新长度为minCapacity
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)  // 如果新长度已经超过最大容量，则抛出异常
            throw new OutOfMemoryError();
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);  // 将原数据复制到新数组中
    }
}

以上为简单的ArrayList源码实现，具体实现过程还涉及到多线程并发操作、迭代器等细节问题。

示例说明

以下为两条关于ArrayList使用示例的说明：

示例1：ArrayList基本使用

在Java中，对于ArrayList的基本使用，我们需要完成以下步骤：

1. 声明一个ArrayList变量
2. 实例化一个ArrayList对象
3. 调用add方法，来向List中添加元素
4. 遍历List，来访问其中的数据

如下为示例代码：

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 定义一个ArrayList变量
        ArrayList<String> list;
        // 2. 创建一个ArrayList对象
        list = new ArrayList<String>();
        // 3. 添加元素
        list.add("Java");
        list.add("Scala");
        list.add("Python");
        // 4. 遍历List，输出其中的数据
        for (String str : list) {
            System.out.println(str);
        }
    }
}

运行结果如下所示：

Java
Scala
Python

示例2：ArrayList源码实现

在上面的示例中，我们已经了解了ArrayList的基本使用，那么下面我们来详细探讨一下ArrayList的源码实现。具体来说，以下代码详细解释了ArrayList的构造方法：

// 构造方法1：创建一个指定容量大小的ArrayList对象
public ArrayList(int initialCapacity) {
    super();
    if (initialCapacity < 0)
        throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                           initialCapacity);
    this.elementData = new Object[initialCapacity];
}

// 构造方法2：创建一个初始为空的ArrayList对象
public ArrayList() {
    super();
    this.elementData = new Object[DEFAULT_CAPACITY];
}

在代码中我们可以看到，ArrayList提供了两种不同的构造方法。第一个方法，是通过指定一个初始的容量来创建一个ArrayList对象；而第二个构造方法则是创建一个空的ArrayList对象，并且其初始容量大小为10。

需要注意的是，这两个构造方法调用了Object数组的初始化创建方式，其内部实现了泛型的动态数组，维护了ArrayList中的所有元素。同时，ArrayList还提供了很多其他方法，如添加元素、删除元素、获取元素等，这些方法也涉及到了动态数组的逻辑代码实现。

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