我们先介绍一下ArrayList，然后一步一步介绍：

　　ArrayList 是一种变长的基于数组实现的集合类，ArrayList 允许空值和重复元素，当往 ArrayList 中添加的元素数量大于其底层数组容量时，它会自动扩容至一个更大的数组。

　　另外，由于 ArrayList 底层基于数组实现，所以其可以保证在 O(1) 复杂度下完成随机查找操作。其他方面，ArrayList 是非线程安全类，并发环境下，多个线程同时操作 ArrayList，会引发不可预知的错误。

　　ArrayList 是大家最为常用的集合类，我们先来看下常用的方法：

　　ListdataList = new ArrayList<>();//创建 ArrayList

　　dataList.add("test");//添加数据

　　dataList.add(1,"test1");//指定位置，添加数据

　　dataList.get(0);//获取指定位置的数据

　　dataList.remove(0);//移除指定位置的数据

　　dataList.clear();//清空数据复制代码

　　构造方法

　　ArrayList 有两个构造方法，一个是无参，另一个需传入初始容量值。大家平时最常用的是无参构造方法，相关代码如下：

　　private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; // 初始容量为 10private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};// 一个空对象// 一个空对象，如果使用默认构造函数创建，则默认对象内容默认是该值private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};transient Object[] elementData; //当前数据对象存放地方，当前对象不参与序列化private int size; // 当前数组长度

　　public ArrayList(int initialCapacity) {

　　if (initialCapacity > 0) {

　　this.elementData = new Object[initialCapacity];

　　} else if (initialCapacity == 0) {

　　this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;

　　} else {

　　throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+

　　initialCapacity);

　　}

　　}

　　public ArrayList() {

　　this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;

　　}

　　上面的代码比较简单，两个构造方法做的事情并不复杂，目的都是初始化底层数组 elementData。区别在于无参构造方法会将 elementData 初始化一个空数组，插入元素时，扩容将会按默认值重新初始化数组。而有参的构造方法则会将 elementData 初始化为参数值大小(>= 0)的数组。

　　add()

　　对于数组(线性表)结构，插入操作分为两种情况。一种是在元素序列尾部插入，另一种是在元素序列其他位置插入。

　　尾部插入元素

　　/** 在元素序列尾部插入 */public boolean add(E e) {

　　// 1. 检测是否需要扩容

　　ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!

　　// 2. 将新元素插入序列尾部

　　elementData[size++] = e;

　　return true;

　　}

　　对于在元素序列尾部插入，这种情况比较简单，只需两个步骤即可：

　　1. 检测数组是否有足够的空间插入

　　2. 将新元素插入至序列尾部

　　如下图：

　　指定位置插入元素

　　/** 在元素序列 index 位置处插入 */public void add(int index, E element) {

　　if (index > size || index < 0)

　　throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));

　　// 1. 检测是否需要扩容

　　ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!

　　// 2. 将 index 及其之后的所有元素都向后移一位

　　// arraycopy(被复制的数组, 从第几个元素开始, 复制到哪里, 从第几个元素开始粘贴, 复制的元素个数)

　　System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index);

　　// 3. 将新元素插入至 index 处

　　elementData[index] = element;

　　size++;

　　}复制代码

　　如果是在元素序列指定位置(假设该位置合理)插入，则情况稍微复杂一点，需要三个步骤：

　　1. 检测数组是否有足够的空间

　　2. 将 index 及其之后的所有元素向后移一位

　　3. 将新元素插入至 index 处

　　如下图：

　　从上图可以看出，将新元素插入至序列指定位置，需要先将该位置及其之后的元素都向后移动一位，为新元素腾出位置。这个操作的时间复杂度为O(N)，频繁移动元素可能会导致效率问题，特别是集合中元素数量较多时。在日常开发中，若非所需，我们应当尽量避免在大集合中调用第二个插入方法。

　　扩容机制

　　下面就来简单分析一下 ArrayList 的扩容机制，对于变长数据结构，当结构中没有空余空间可供使用时，就需要进行扩容。在 ArrayList 中，当空间用完，其会按照原数组空间的 1.5 倍进行扩容。相关源码如下：

　　/** 计算最小容量 */private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {

　　if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {

　　minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);

　　}

　　ensureExplicitCapacity(minCapacity);

　　}

　　private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {

　　modCount++;

　　// overflow-conscious code

　　if (minCapacity - elementData.length > 0)

　　grow(minCapacity);

　　}

　　/** 扩容的核心方法 */private void grow(int minCapacity) {

　　// overflow-conscious code

　　int oldCapacity = elementData.length;

　　// newCapacity = oldCapacity + oldCapacity / 2 = oldCapacity * 1.5

　　int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);

　　if (newCapacity - minCapacity < 0)

　　newCapacity = minCapacity;

　　if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)

　　newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);

　　// 进行扩容

　　elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);

　　}

　　private static int hugeCapacity(int minCapacity) {

　　if (minCapacity < 0) // overflow

　　throw new OutOfMemoryError();

　　// 如果最小容量超过 MAX_ARRAY_SIZE，则将数组容量扩容至 Integer.MAX_VALUE

　　return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE;

　　}

　　上面就是扩容的逻辑，逻辑很简单，这里就不赘述了。

　　get()

　　public E get(int index) {

　　if (index >= size)

　　throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));

　　return (E) elementData[index];

　　}复制代码

　　get 的逻辑很简单，就是检查是否越界，根据 index 获取元素。

　　remove()

　　public E remove(int index) {

　　if (index >= size)

　　throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));

　　modCount++;

　　// 返回被删除的元素值

　　E oldValue = (E) elementData[index];

　　int numMoved = size - index - 1;

　　if (numMoved > 0)

　　// 将 index + 1 及之后的元素向前移动一位，覆盖被删除值

　　System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,

　　numMoved);

　　// 将最后一个元素置空，并将 size 值减 1

　　elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work

　　return oldValue;

　　}

　　E elementData(int index) {

　　return (E) elementData[index];

　　}

　　/** 删除指定元素，若元素重复，则只删除下标最小的元素 */public boolean remove(Object o) {

　　if (o == null) {

　　for (int index = 0; index < size; index++)

　　if (elementData[index] == null) {

　　fastRemove(index);

　　return true;

　　}

　　} else {

　　// 遍历数组，查找要删除元素的位置

　　for (int index = 0; index < size; index++)

　　if (o.equals(elementData[index])) {

　　fastRemove(index);

　　return true;

　　}

　　}

　　return false;

　　}

　　/** 快速删除，不做边界检查，也不返回删除的元素值 */private void fastRemove(int index) {

　　modCount++;

　　int numMoved = size - index - 1;

　　if (numMoved > 0)

　　System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,

　　numMoved);

　　elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work

　　}复制代码

　　上面的删除方法并不复杂，这里以第一个删除方法为例，删除一个元素步骤如下：

　　1. 获取指定位置 index 处的元素值

　　2. 将 index + 1 及之后的元素向前移动一位

　　3. 将最后一个元素置空，并将 size 值减 1

　　4. 返回被删除值，完成删除操作

　　如下图：

　　上面就是删除指定位置元素的分析，并不是很复杂。

　　现在，考虑这样一种情况。我们往 ArrayList 插入大量元素后，又删除很多元素，此时底层数组会空闲处大量的空间。因为 ArrayList 没有自动缩容机制，导致底层数组大量的空闲空间不能被释放，造成浪费。对于这种情况，ArrayList 也提供了相应的处理方法，如下：

　　/** 将数组容量缩小至元素数量 */public void trimToSize() {

　　modCount++;

　　if (size < elementData.length) {

　　elementData = (size == 0)

　　? EMPTY_ELEMENTDATA

　　: Arrays.copyOf(elementData, size);

　　}

　　}

　　通过上面的方法，我们可以手动触发 ArrayList 的缩容机制。这样就可以释放多余的空间，提高空间利用率。

　　clear()

　　public void clear() {

　　modCount++;

　　// clear to let GC do its work

　　for (int i = 0; i < size; i++)

　　elementData[i] = null;

　　size = 0;

　　}

　　clear 的逻辑很简单，就是遍历一下将所有的元素设置为空。

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