Java ArrayList深入源码层分析

简介

ArrayList 是 Java 中集合框架中最基础、最常用的一种数据结构，它基于数组实现，可以动态扩容，支持添加、删除、查找等操作。本文将对 ArrayList 的源码进行深入分析，讲解其内部实现原理。

类的继承关系

ArrayList 类位于 java.util 包下，继承于 AbstractList 类，实现了 List、RandomAccess、Cloneable、Serializable 接口。其中，AbstractList 类实现了 List 接口中的部分方法，而 ArrayList 类则实现了其余方法，以及增强了其功能。

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>// 实现 List 接口
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, Serializable {// 实现 RandomAccess、Cloneable、Serializable 接口
    ...
}

内部实现原理

数据结构

ArrayList 底层采用数组实现动态扩容，其内部实现原理即为动态扩容机制的实现。

动态扩容机制

为了支持动态扩容和收缩，ArrayList 引入了三个实例变量：elementData、size 和 modCount。其中：

• elementData 用于存储元素数据，它的类型是 Object 数组；
• size 用于记录 ArrayList 中实际存储的元素数目；
• modCount 用于记录 ArrayList 的结构修改次数。结构修改是指改变 ArrayList 中元素数量或元素的添加和删除操作。

对于动态扩容，ArrayList 的实现分为两步：

• 当添加一个元素时，首先检查当前 ArrayList 的数组容量（即 elementData 数组的长度）是否足够存储该元素，如不足，则进行扩容操作；
• 扩容是，根据 ArrayList 扩容因子的设定，新建一个更大的 Object 数组，并将 elementData 数组中的元素全部复制到该数组中，扩容完成后，原来的 elementData 数组被回收，将新数组保存为新的 elementData 数组。

示例说明1：ArrayList 添加元素

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("a");// 添加元素
list.add("b");

// 以上操作等价于以下实现：
ArrayList<String> arr = new ArrayList<>();
arr.add("a");// 添加元素
arr.add("b");

示例说明2：ArrayList 删除元素

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("a");// 添加元素
list.add("b");
list.remove(0);// 删除索引为0的元素

// 以上操作等价于以下实现：
ArrayList<String> arr = new ArrayList<>();
arr.add("a");// 添加元素
arr.add("b");
arr.remove(0);// 删除索引为0的元素

总结

通过对 ArrayList 源码的分析，我们了解到了 ArrayList 的底层实现原理和动态扩容机制，并实现了 ArrayList 的元素添加和元素删除功能。

在实际应用中，ArrayList 是 Java 集合框架中最常用的一种数据结构，它简化了开发人员的编程，提升了开发效率。