近在回顾数据结构，想到JDK这样好的代码资源不利用有点可惜，这是第一篇，花了心思。篇幅有点长，希望想看的朋友认真看下去，提出宝贵的意见。 :)
类继承体系图
内部原理
ArrayList 的3个字段
private transient Object[] elementData; //对象数组，用于存储 持有对象的 引用 private int size; //代表了 ArrayList 的长度。随着插入 删除 添加 而改变。 protected transient int modCount = 0; //从AbstractList继承得到，这个字段最后介绍，先忽视它。
ArrayList保存的真的是对象吗？
elementData 是一个Object 数组，这是为了兼容任何类型（Java泛型是所有实际类型共享一份代码模板的！！！）。数组保存的实质是持有对象的引用(reference)。引用又可以理解为 对象的“遥控器”（如下图）。
从底层点的角度说，引用实质是指针的化身，因此ArrayList即便持有很多个对象，其本身（或者说elementData 数组）保存的只不过是引用而已，内存开销不会太大。
所以要强调的是：对于保存引用类型，java中的数组，和各种集合类，持有的是对象的引用，而不是对象本身。
构造函数
空ArrayList 的优化 ： new 一个空的ArrayList是很常见的做法，为了不让每个空ArrayList都创建一个空数组实例，ArrayList内部有一个用于共享，静态的空数组对象。当创建空的ArrayList时，内部的 elementData 就会指向这个共享的空数组： EMPTY_ELEMENTDATA
同时也会发现：当new 一个空ArrayList 时，不会马上在内存中分配 DEFAULT_CAPACITY =10 个长度的elementData数组，而是等到第一个元素被添加时，才会去申请分配默认长度 为10 的elementData 数组。
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {}; //用于所有空ArrayList共享的 空数组，注意它是静态字段。
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; //第一次分配容量时，默认的初始容量大小//////////////////////////////////////////////
public ArrayList() { super(); this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; //指向空数组}
当然，如果在new 时指定了 初始容量initCapacity，就会立刻 创建一个 长度为 initialCapacity 大小的 elementData 数组
ArrayList( (initialCapacity < 0 IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+.elementData =
也可以从另一个一个集合构造
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
elementData = c.toArray();
size = elementData.length; // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
}
容量增长策略
虽然ArrayList 号称 动态数组，其长度自动调整，但是内部 保存持有对象的引用的数组elementData却是一个普通的数组（Java数组的长度是不可变的），因此，ArrayList就必须实现容量扩展操作，在elementData 满 时，让elementData指向长度更大的数组。
以保证在任何时候：elementData.length >= size
elementData 的长度就 是 ArrayList 的容量（capacity）。
以下是关于容量调配的API（绿色标记的是public方法，红色的是private）
查看源码时，我发现，向ArrayList 中添加新元素的时，都会先 使用 ensureCapacityInternal 这个函数去检查容量是否够用。如图中，参数为 size+1 ，也就是要保证容量至少为size+1个，这样新元素才能放得下。我们去看看这个函数的实现。
/*函数作用：用于确保 ArrayList 的容量至少有 参数指定的minCapacity个*/
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { if (elementData == EMPTY_ELEMENTDATA) { //这个if用于处理 往 空ArrayList中添加第一个元素时的情况
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity); //内部又委托了这个函数，继续往下看
}
/*函数作用：用于确保 ArrayList 的容量至少有 参数指定的minCapacity个*/private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0) //如果当前容量 真的比 要求的 minCapacity 小
grow(minCapacity); //那就交给grow函数去扩张容量去吧。
}
最终的增长逻辑都是委托grow() 方法实现的。只要调用了grow这个函数，就一定会使容量增加。我们来看看容量到底是怎么增加的。
private void grow(int minCapacity) { // overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length; int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); //先让 newCapacity = 原来的1.5倍，这是默认的增长策略。 //再接着来判断这个策略是否合适
if (newCapacity - minCapacity < 0) //如果变为原来的1.5倍还是不够
newCapacity = minCapacity; //那就要多少给多少吧。
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) //如果要求的容量超大，（大于MAX_ARRAY_SIZE），这个时候就必须慎重。怎么办？
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); //交给 hugeCapacity函数去决定到底给多少，这个函数会返回 MAX_ARRAY_SIZE 或者 Integer.MAX_VALUE。
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); //经过一轮轮的判断，终于定下了新的容量，好，调整elementData的容量为 newCapacity！
}
总结如下，有3种情况：
注：newCapacit 为需求容量，oldCapacity原来的容量
1、oldCapacity < newCapacit <= oldCapacity * 1.5
平缓增长的正常情况。例如原来容量为10 ，现在期望达到11个，则会扩展 调整到 10 + (10 >> 1) =15个 ，也就是变为 原来的1.5倍。
2、oldCapacity*1.5 < newCapacit <= MAX_ARRAY_SIZE
默认的1.5倍增长还不够，期望的容量有点大。例如原来容量为10 ，现在请求100个，那么就会实打实的扩展到 100 个的容量。
3、MAX_ARRAY_SIZE < newCapacit <= Interger.MAX_VALUE
极端情况，期望的容量超大 。在这个情况下，newCapacity的值最终是由hugeCapacity函数决定的，它会返回 MAX_ARRAY_SIZE 或者 Integer.MAX_VALUE
而 MAX_ARRAY_SIZE是一个比Integer.MAX_VALUE 小8 的数 ，为什么要小8呢，我很奇怪。看了注释解释大致如下。
//有些Java虚拟机会在数组内存的头部保留 一些字节的容量来存储这个内存块的相关信息，因此，数组的 安全最大长度是 ： Integer.MAX_VALUE - 8private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
所以，ArrayList 的最多容量不要超过 MAX_ARRAY_SIZE (Integer.MAX_VALUE - 8) , 也就是 2147483639 个 （疯子才会使用这么多吧），否则是会抛异常的。
下面还有2个是公开的接口
公开接口：避免多余的浪费，让容量裁剪为和size一样大
public void trimToSize() {
modCount++; if (size < elementData.length) {
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
}
}
公开接口：一次性决定ArrayList 的最大容量，避免半路上不断的调整容量带来开销（如果你真的很确定你需要的ArrayList 的最大长度，否则没必要）
public void ensureCapacity(int minCapacity) { int minExpand = (elementData != EMPTY_ELEMENTDATA) // any size if real element table
? 0 // larger than default for empty table. It's already supposed to be // at default size. : DEFAULT_CAPACITY;
if (minCapacity > minExpand) {
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
}
总结：默认情况下，ArrayList 平缓增长时，每次增长为原来的容量的1.5倍。
顺序表的短板：插入和删除
先看一道试题：
在java中，下面哪一个复制数组的方法最高效？
A、循环赋值
B、Arrays.copyOf
C、System.arraycopy
D、clone
正确答案： C
这个函数让我想到了C语言标准库中的 memmove 函数，它们的功能真的很像。而且 System.arraycopy 是 native方法，实现会不会就是 memmove 呢？？？也许吧，可惜我看不到源码。下面介绍 System.arraycopy这个函数。
public static native void arraycopy(Object src, int srcPos, Object dest, int destPos, int length); /*从数组src中拷贝元素到 dest中 。我们把src数组叫做源数组，把dest数组叫做目的数组 src 源数组的引用 srcPos 源数组的拷贝起始索引 dest 目的数组的引用 destPos 目的数组的拷贝起始索引 length 有length个元素会被拷贝 如果参数 src 和 dest 引用相同的数组对象（注意，它允许内存重叠），则复制的执行过程就好像首先将 srcPos 到 srcPos+length-1 位置的组件复制到 一个带有 length 组件的临时数组，然后再将此临时数组的内容复制到目标数组的 destPos 到 destPos+length-1 位置一样。 这就好像是C语言标准库中的memmove 使用注意： 1、src 和 dest不能为null，否则会抛出NullPointerExcaption异常 2、src和 dest 的类型要兼容或者一样。 3、你必须精确把握好起始索引和拷贝长度的关系，有差错就是抛异常。 */
ArrayList在删除和插入 移动数组元素时，就是使用的这个API。我们来看看。
插入元素
插入一个元素到指定位置
public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index); //检查index 的合法性：逻辑如下 ，后面不再列出
/*
if (index > size || index < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
*/
ensureCapacityInternal(size + 1); // 确保容量足够
//elementData 的元素的移动，让出空间
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,size - index);
elementData[index] = element; //插入新的元素的引用
size++;
}
插入一个集合的元素到指定的位置
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
rangeCheckForAdd(index); //index 合法性检查
Object[] a = c.toArray(); //先转化为数组
int numNew = a.length;
ensureCapacityInternal(size + numNew); // 确保容量足够
int numMoved = size - index; if (numMoved > 0) //原来的数组让出空间
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,
numMoved);
//将新的元素拷贝到腾出的空间去。
System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
size += numNew; return numNew != 0;
}
画个图打开你的脑洞（插入2个元素的集合到ArrayList 的开头）
删除元素
从集合中删除元素只是让保存这个对象的引用为null，让GC却确定什么时候清理这个对象。因为java没有free ， delete 。
删除所有的元素 clear
/* 清空ArrayList中的所有持有对象。让size为0.
实质操作是让保存持有对象的引用的数组elementData 的元素全部为null。
所以我们会试想：如果在清空操作后 ，没有其它引用指向ArrayList原来持有的对象了，那么这个对象就会等待被GC 回收。
例子：
ArrayList<Person> arr = new ArrayList<Person>();
Person p1 = new Person();
arr.add(p1); //添加第一个持有对象
arr.add(new Person()); //添加第二个持有对象，匿名的。
arr.clear(); //第一个持有对象因为还有引用p1 的指向，所以暂时不会等待GC回收
//第二个对象由于没有引用指向。则会等待GC回收。 */
public void clear() {
modCount++; // clear to let GC do its work
for (int i = 0; i < size; i++)
elementData[i] = null;
size = 0;
}
按对象删除：删除第一个找到的元素，立刻返回。如果没找到，则什么也不做，返回false 。如果o不为null，则调用equals方法去查找。时间复杂度为O(n)。
public boolean remove(Object o) { if (o == null) //如果要删除null { for (int index = 0; index < size; index++) if (elementData[index] == null) //从前往后遍历查找，一旦找到为null ，删除之，返回 {
fastRemove(index); //fastRemove 是对 System.arraycopy 的封装
return true;
}
} else //如果要删除某个真实存在的对象 { for (int index = 0; index < size; index++) if (o.equals(elementData[index])) //从前往后遍历查找，一旦找到，删除之，返回 {
fastRemove(index); //fastRemove 是对 System.arraycopy 的封装
return true;
}
} return false;
}
按索引删除：删除指定索引上的元素。主要耗时是在System.arraycopy 的执行上 。
public E remove(int index) {
rangeCheck(index);
modCount++;
E oldValue = elementData(index); 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
return oldValue;
}
只保留 ArrayList中 和 集合c 相同元素，其它的都删除。相同是指调用equals返回 true （或者都是null）
public boolean retainAll(Collection<?> c) { return batchRemove(c, true);
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