ArrayList底层原理

ArrayList在工作中经常用到，今天来看一下ArrayList的底层是如何实现的？在这之前，先抛出几个问题。

1.ArrayList底层实现的数据结构是什么？

2.ArrayList的初始化容量是多少，底层的扩容机制是什么？

3.ArrayList是在什么时候初始化容量的？

4.ArrayList是如何实现添加元素操作的？

//实现了List接口，实现了List的常用方法，如add(E e)
//实现了RandomAccess接口，这是个标记接口，接口中没有任何方法，作用只是标记ArrayList可以支持快速随机访问
//实现了Cloneable接口，表示ArrayList实例调用clone()可以克隆一个和自己一样的实例（这里是浅拷贝）。
//实现了Serializable接口，表示可以序列化和反序列化，可以在网络中传输。
public class ArrayList extends AbstractList
        implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
    private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
    //默认容量是10
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    //底层使用Object数组实现的，所有可以存任何类型
    transient Object[] elementData;  
    private int size;
    //代码太多，省略......
}

这两行代码，底层帮我们做了什么？debug进去看看

ArrayList arrayList = new ArrayList<>();
arrayList.add(new String("I am xiao qiang"));

首先是类加载器，他的作用是将class文件加载到jvm虚拟机中

接着进入到了ArrayList的构造方法中，可以看到构造方法给elementData赋了一个空值，说明此时仅仅创建一个ArrayList对象，除此之外没有做任何事情。

这也说明，我们只是创建了ArrayList对象，它并没有初始化容量。

接下来dubug进入到了add（）方法中

进入到String的构造方法中，创建出String字符串对象，并赋值“I am xiao qiang”

继续debug，终于执行了ArrayList的add()方法，ensureCapacityInternal是判断是否要扩容的方法,进入该方法

可以看到底层是调用了一个计算容量的方法calculateCapacity，然后将默认容量10返回了,这说明ArrayList容量的初始化是在添加元素add()方法后进行的

接着继续执行add()方法，elementData[0]被赋值成"I am xiao qiang"

到此，两行代码终于结束了。

下面我们看一下ArrayList扩容机制的代码。

如果minCapacity的值大于add数据之前的大小，就调用grow方法，进行扩容，否则什么也不做。

下面是具体看出来扩容机制的大小增长规则了：

private void grow(int minCapacity) {  
       // overflow-conscious code  
       int oldCapacity = elementData.length;  
    //oldCapacity >> 1就是1/2 oldCapacity
       int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);  
       if (newCapacity - minCapacity < 0)  
           newCapacity = minCapacity;  
       if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)  
           newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);  
       // minCapacity is usually close to size, so this is a win:  
       elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);  
   }  

注意：这里传过来的minCapcatiy的值是size+1，能够实现grow方法调用就肯定是(size+1)>elementData.length的情况，所以size就是初始最大容量或上一次扩容后达到的最大容量，所以才会进行扩容。newCapacity=oldCapacity+(oldCapacity>>1)，这里就是扩容大小确定的地方，相当于新的最大容量是 size+1+size/2 相当于原来的1.5倍然后加1
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