概述

ArrayList是我们日常中最长用的集合之一，在使用列表时，除非特殊情况，我们一般都会选择使用ArrayList，本文就ArrayList的几个主要方法主要介绍，并结合几个图片来介绍几个重要操作。

基础属性

/**
 * Default initial capacity.
 */
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; // 初始容量10

/**
 * Shared empty array instance used for empty instances.
 */
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};   // 用于空实例的共享空数组实例

/**
 * Shared empty array instance used for default sized empty instances. We
 * distinguish this from EMPTY_ELEMENTDATA to know how much to inflate when
 * first element is added.
 */
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};   // 用于默认大小(10)空实例的共享空数组实例，此处没有初始化，在第一次调用ensureCapacityInternal时会初始化为长度10

/**
 * The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored.
 * The capacity of the ArrayList is the length of this array buffer. Any
 * empty ArrayList with elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
 * will be expanded to DEFAULT_CAPACITY when the first element is added.
 */
transient Object[] elementData; // 存放元素的数组

/**
 * The size of the ArrayList (the number of elements it contains).
 *
 * @serial
 */
private int size;   // 数组当前的元素数量

一些基本属性，参考下图理解。

Java集合：ArrayList详解

get方法

@SuppressWarnings("unchecked")
E elementData(int index) {
    return (E) elementData[index];
}

/**
 * Returns the element at the specified position in this list.
 *
 * @param  index index of the element to return
 * @return the element at the specified position in this list
 * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
 */
public E get(int index) {   // 根据索引获取元素
    rangeCheck(index);  // 校验索引是否越界

    return elementData(index);  // 直接根据index返回对应位置的元素（底层elementData是个数组）
}

很简单，由于底层是数组实现的，先检查下索引是否越界，然后直接返回对应索引位置的元素即可。

set方法

public E set(int index, E element) {    // 用指定的元素（element）替换指定位置（index）的元素
    rangeCheck(index);  // 校验索引是否越界

    E oldValue = elementData(index);    // 根据index获取指定位置的元素
    elementData[index] = element;   // 用传入的element替换index位置的元素
    return oldValue;    // 返回index位置原来的元素
}

校验索引是否越界
根据index获取指定位置的元素
用传入的element替换index位置的元素
返回index位置原来的元素

add方法

/**
 * Appends the specified element to the end of this list.
 *
 * @param e element to be appended to this list
 * @return <tt>true</tt> (as specified by {@link Collection#add})
 */
public boolean add(E e) {   // 增加一个元素
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // 将modCount+1，并校验添加元素后是否需要扩容
    elementData[size++] = e;    // 在数组尾部添加元素，并将size+1
    return true;
}

/**
 * Inserts the specified element at the specified position in this
 * list. Shifts the element currently at that position (if any) and
 * any subsequent elements to the right (adds one to their indices).
 *
 * @param index index at which the specified element is to be inserted
 * @param element element to be inserted
 * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
 */
public void add(int index, E element) { // 将指定的元素（element）插入此列表中的指定位置（index）。将index位置及后面的所有元素（如果有的话）向右移动一个位置
    rangeCheckForAdd(index);    // 校验索引是否越界

    ensureCapacityInternal(size + 1);  // 将modCount+1，并校验添加元素后是否需要扩容
    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,    // 将index位置及之后的所有元素向右移动一个位置（为要添加的元素腾出1个位置）
                     size - index);
    elementData[index] = element;   // index位置设置为element元素
    size++; // 元素数量+1
}

add(E e)：

调用ensureCapacityInternal方法，将modCount+1，并校验添加元素后是否需要扩容。
在elementData数组尾部添加元素即可（size位置）。

add(int index, E element)：

检查索引是否越界，再调用ensureCapacityInternal方法，将modCount+1，并校验添加元素后是否需要扩容。
将index位置及之后的所有元素向右移动一个位置（为要添加的元素腾出1个位置）。
将index位置设置为element元素，将size+1。

add(int index, E element)的过程如下图所示。

Java集合：ArrayList详解

remove方法

public E remove(int index) {    // 删除列表中index位置的元素，将index位置后面的所有元素向左移一个位置
    rangeCheck(index);  // 校验索引是否越界

    modCount++; // 修改次数+1
    E oldValue = elementData(index);    // index位置的元素，也就是将要被移除的元素

    int numMoved = size - index - 1;    // 计算需要移动的元素个数，例如：size为10，index为9，此时numMoved为0，则无需移动元素，因为此时index为9的元素刚好是最后一个元素，直接执行下面的代码，将索引为9的元素赋值为空即可
    if (numMoved > 0)   // 如果需要移动元素
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                         numMoved); // 将index+1位置及之后的所有元素，向左移动一个位置
    elementData[--size] = null; // 将size-1，并将size-1位置的元素赋值为空（因为上面将元素左移了，所以size-1位置的元素为重复的，将其移除）

    return oldValue;    // 返回index位置原来的元素
}

public boolean remove(Object o) {   // 如果存在与入参相同的元素，则从该列表中删除指定元素的第一个匹配项。如果列表不包含元素，则不变
    if (o == null) {    // 如果入参元素为空，则遍历数组查找是否存在元素为空，如果存在则调用fastRemove将该元素移除，并返回true表示移除成功
        for (int index = 0; index < size; index++)
            if (elementData[index] == null) {
                fastRemove(index);
                return true;
            }
    } else {    // 如果入参元素不为空，则遍历数组查找是否存在元素与入参元素使用equals比较返回true，如果存在则调用fastRemove将该元素移除，并返回true表示移除成功
        for (int index = 0; index < size; index++)
            if (o.equals(elementData[index])) {
                fastRemove(index);
                return true;
            }
    }
    return false;   // 不存在目标元素，返回false
}

/*
 * Private remove method that skips bounds checking and does not
 * return the value removed.
 */
private void fastRemove(int index) {    // 私有方法，供上面的remove方法调用，直接删除掉index位置的元素
    modCount++; // 修改次数+1
    int numMoved = size - index - 1; // 计算需要移动的元素个数，例如：size为10，index为9，此时numMoved为0，则无需移动元素，因为此时index为9的元素刚好是最后一个元素，直接执行下面的代码，将索引为9的元素赋值为空即可
    if (numMoved > 0)
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                         numMoved); // 将index+1位置及之后的所有元素，向左移动一个位置
    elementData[--size] = null; // 将size-1，并将size-1位置的元素赋值为空（因为上面将元素左移了，所以size-1位置的元素为重复的，将其移除）
}

remove(int index)：

检查索引是否越界，将modCount+1，拿到索引位置index的原元素。
计算需要移动的元素个数。
如果需要移动，将index+1位置及之后的所有元素，向左移动一个位置。
将size-1位置的元素赋值为空（因为上面将元素左移了，所以size-1位置的元素为重复的，将其移除）。

remove(Object o)：

如果入参元素为空，则遍历数组查找是否存在元素为空，如果存在则调用fastRemove将该元素移除，并返回true表示移除成功。
如果入参元素不为空，则遍历数组查找是否存在元素与入参元素使用equals比较返回true，如果存在则调用fastRemove将该元素移除，并返回true表示移除成功。
否则，不存在目标元素，则返回false。

fastRemove(int index)：跟remove(int index)类似

将modCount+1，并计算需要移动的元素个数。
如果需要移动，将index+1位置及之后的所有元素，向左移动一个位置。
将size-1位置的元素赋值为空（因为上面将元素左移了，所以size-1位置的元素为重复的，将其移除）。

remove(int index)方法的过程如下图所示。

clear方法

/**
 * Removes all of the elements from this list.  The list will
 * be empty after this call returns.
 */
public void clear() {   // 删除此列表中的所有元素。
    modCount++; // 修改次数+1

    // clear to let GC do its work
    for (int i = 0; i < size; i++)  // 遍历数组将所有元素清空
        elementData[i] = null;

    size = 0;   // 元素数量赋0
}

遍历数组将所有元素清空即可。

ensureCapacityInternal方法

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { // 校验是否为DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA，如果是则将minCapacity设为DEFAULT_CAPACITY（主要是对初始化后添加的第一个元素起效果，会给DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA设置初始容量）
        minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }

    ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++; // 修改次数+1

    // overflow-conscious code
    if (minCapacity - elementData.length > 0)   // 如果添加该元素后的大小超过数组大小，则进行扩容
        grow(minCapacity);  // 进行扩容
}

private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;    // 数组允许的最大长度

private void grow(int minCapacity) {    // 数组扩容
    // overflow-conscious code
    int oldCapacity = elementData.length;   // 原来的容量
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // 新容量 = 老容量 + 老容量 / 2
    if (newCapacity - minCapacity < 0)  // 如果新容量比minCapacity小，则将新容量设为minCapacity
        newCapacity = minCapacity;
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)   // 如果新容量比最大允许容量大，则调用hugeCapacity方法设置一个合适的容量
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);  // 将原数组元素拷贝到一个容量为newCapacity的新数组（使用System.arraycopy），并且elementData设置为新数组
}

private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
    if (minCapacity < 0) // overflow
        throw new OutOfMemoryError();
    return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? // 如果minCapacity大于MAX_ARRAY_SIZE，则返回Integer.MAX_VALUE，否则返回MAX_ARRAY_SIZE
        Integer.MAX_VALUE :
        MAX_ARRAY_SIZE;
}

ensureCapacityInternal(int minCapacity)：此方法就是为入参为空的初始数组DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA而写的，判断数组是否为DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA，如果是则将minCapacity设置为DEFAULT_CAPACITY。

ensureExplicitCapacity(int minCapacity)：将modCount+1，并校验minCapacity是否大于当前数组的容量，如果大于则调用grow方法进行扩容。

grow(int minCapacity)：

将数组新容量设置为老容量的1.5倍。
两个if判断，第一个是对DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA初始化的兼容，第二个是对超过MAX_ARRAY_SIZE的兼容。
调用Arrays.copyOf方法创建长度为newCapacity的新数组，并将老数组的数据复制给新数组，并将elementData赋值为新数组。

grow(int minCapacity)的过程如下图所示。

ArrayList和LinkedList比较

LinkedList详解可以看我的另一篇文章：Java集合：LinkedList详解

ArrayList底层基于动态数组实现，LinkedList底层基于链表实现
对于随机访问（get/set方法），ArrayList通过index直接定位到数组对应位置的节点，而LinkedList需要从头结点或尾节点开始遍历，直到寻找到目标节点，因此在效率上ArrayList优于LinkedList
对于插入和删除（add/remove方法），ArrayList需要移动目标节点后面的节点（使用System.arraycopy方法移动节点），而LinkedList只需修改目标节点前后节点的next或prev属性即可，因此在效率上LinkedList优于ArrayList。

参考

ArrayList源码（JDK 1.8）

秒客网

Java集合：ArrayList详解

概述

基础属性

get方法

set方法

add方法

remove方法

clear方法

ensureCapacityInternal方法

ArrayList和LinkedList比较

参考

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