一、ArrayList 了解過嗎？它是啥？有啥用?

眾所周知，Java 集合框架擁有兩大接口 Collection 和 Map，其中，Collection 麾下三生子 List、Set 和 Queue。ArrayList 就實現(xiàn)了 List 接口，其實就是一個數(shù)組列表，不過作為 Java 的集合框架，它只能存儲對象引用類型，也就是說當我們需要裝載的數(shù)據(jù)是諸如 int、float 等基本數(shù)據(jù)類型的時候，必須把它們轉(zhuǎn)換成對應的包裝類。

ArrayList 的底層實現(xiàn)是一個 Object 數(shù)組：

既然它是基于數(shù)組實現(xiàn)的，數(shù)組在內(nèi)存空間中是連續(xù)分配的，那必然查詢速率非?？?，不過當然也肯定逃不過增刪效率低的缺陷。

另外，和 ArrayList 一樣同樣實現(xiàn)了 List 接口的、我們比較常用的還有 LinkedList。LinkedList 比較特殊，它不僅實現(xiàn)了 List 接口，還實現(xiàn)了 Queue 接口，所以你可以看見 LinkedList 經(jīng)常被當作隊列使用：

Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();

LinkedList 人如其名，它的底層自然是基于鏈表的，而且還是個雙向鏈表。鏈表的特性和數(shù)組正好是反的，由于沒有索引，所以查詢效率低，但是增刪速度快。

二、ArrayList 如何指定底層數(shù)組大小的

OK，首先，既然咱真正存儲數(shù)據(jù)的地方是數(shù)組，那我們初始化 ArrayList 的時候自然要給數(shù)組分配一個大小，開辟一個內(nèi)存空間。我們先來看看 ArrayList 的無參構(gòu)造函數(shù)：

可以看到，它為底層的 Object 數(shù)組也就是 elementData 賦值了一個默認的空數(shù)組 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA。也就是說，使用無參構(gòu)造函數(shù)初始化 ArrayList 后，它當時的數(shù)組容量為 0 。

這給咱初始化一個容量為 0 的數(shù)組有啥用？啥也存不了??？別急，如果使用了無參構(gòu)造函數(shù)來初始化 ArrayList， 只有當我們真正對數(shù)據(jù)進行添加操作 add 時，才會給數(shù)組分配一個默認的初始容量 DEFAULT_CAPACITY = 10。看下圖：

說完了無參構(gòu)造，ArrayList 的有參構(gòu)造函數(shù)就是中規(guī)中矩了，按照用戶傳入的大小開辟數(shù)組空間：

三、數(shù)組的大小一旦被規(guī)定就無法改變

 ArrayList 是怎么對底層數(shù)組進行擴容的？

ArrayList 的底層實現(xiàn)是 Object 數(shù)組，我們知道，數(shù)組的大小一旦被規(guī)定就無法改變。那如果我們不斷的往里面添加數(shù)據(jù)的話，ArrayList 是如何進行擴容的呢？或者說 ArrayList 是如何實現(xiàn)存放任意數(shù)量對象的呢？

OK，擴容發(fā)生在啥時候？那肯定是我們往數(shù)組中新加入一個元素但是發(fā)現(xiàn)數(shù)組滿了的時候。沒錯，我們?nèi)?add 方法中看看 ArrayList 是怎么做擴容的：

ensureExplicitCapacity 判斷是否需要進行擴容，很顯然，grow 方法是擴容的關鍵：

說實話，別的都不用看了，看上面圖中的黃色框框就知道 ArrayList 是怎么擴容的了：擴容后的數(shù)組長度 = 當前數(shù)組長度 + 當前數(shù)組長度 / 2。最后使用 Arrays.copyOf 方法直接把原數(shù)組中的數(shù)組 copy 過來，需要注意的是，Arrays.copyOf 方法會創(chuàng)建一個新數(shù)組然后再進行拷貝。

舉個例子畫個圖來演示一下：

四、ArrayList 具體是怎么添加數(shù)據(jù)的

OK，add 方法我們剛剛講了一半，添加數(shù)據(jù)前會先判斷一下是否需要擴容，真正的添加數(shù)據(jù)的操作在下半部分：

先講下 add(int index, E element) 這個方法的含義，就是在指定索引 index 處插入元素 element。比如說 ArrayList.add(0, 3)，意思就是在頭部插入元素 3。

再來看看 add 方法的核心 System.arraycopy，這個方法有 5 個參數(shù)：

• elementData：源數(shù)組
• index：從源數(shù)組中的哪個位置開始復制
• elementData：目標數(shù)組
• index + 1：復制到目標數(shù)組中的哪個位置
• size - index：要復制的源數(shù)組中數(shù)組元素的數(shù)量

解釋一下上面代碼中 arraycopy 的意思，舉個例子，我們想要在 index = 5 的位置插入元素，首先，我們會復制一遍源數(shù)組 elementData（這里我們稱復制的數(shù)組為新數(shù)組吧），然后把源數(shù)組中從 index = 5 的位置開始到數(shù)組末尾的元素，放到新數(shù)組的 index + 1 = 6 的位置上：

于是，這就給我們要新增的元素騰出了位置，然后在新數(shù)組 index = 5 的位置放入元素 element 就完成了添加的操作：

顯然，不用多說，ArrayList 的將數(shù)據(jù)插入到指定位置的操作性能非常低下，因為要開辟新數(shù)組復制元素啊，要是涉及到擴容那就更慢了。

另外，ArrayList 還內(nèi)置了一個直接在末尾添加元素的 add 方法，不用復制數(shù)組，直接 size ++ 就好，這個方法應該是我們最常使用的：

五、ArrayList 又是如何刪除數(shù)據(jù)的呢

Ctrl + F 找到 remove 方法，就這？和添加一個道理，也是復制數(shù)組

舉個例子，假設我們要刪除數(shù)組的 index = 5 的元素，首先，我們會復制一遍源數(shù)組，然后把源數(shù)組中從 index + 1 = 6 的位置開始到數(shù)組末尾的元素，放到新數(shù)組的 index = 5 的位置上：

也就是說 index = 5 的元素直接被覆蓋掉了，給了你被刪除的感覺。同樣的，它的效率自然也是十分低下的

六、ArrayList 是線程安全的嗎？不安全的表現(xiàn)

ArrayList 和 LinkedList 都不是線程安全的，我們以在末尾添加元素的 add 方法為例，來看看 ArrayList 線程不安全的表現(xiàn)是啥：

黃色框里的并不是一個原子操作，它由兩步操作構(gòu)成：

elementData[size] = e;
size = size + 1;

在單線程執(zhí)行這兩條代碼時，那當然沒有任何問題，但是當多線程環(huán)境下執(zhí)行時，可能就會發(fā)生一個線程添加的值覆蓋另一個線程添加的值。舉個例子：

• 假設 size = 0，我們要往這個數(shù)組的末尾添加元素
• 線程 A 開始添加一個元素，值為 A。此時它執(zhí)行第一條操作，將 A 放在了數(shù)組 elementData 下標為 0 的位置上
• 接著線程 B 剛好也要開始添加一個值為 B 的元素，且走到了第一步操作。此時線程 B 獲取到的 size 值依然為 0，于是它將 B 也放在了 elementData 下標為 0 的位置上
• 線程 A 開始增加 size 的值，size = 1
• 線程 B 開始增加 size 的值，size = 2

這樣，線程 A、B 都執(zhí)行完畢后，理想的情況應該是 size = 2，elementData[0] = A，elementData[1] = B。而實際情況變成了 size = 2，elementData[0] = B（線程 B 覆蓋了線程 A 的操作），下標 1 的位置上什么都沒有。并且后續(xù)除非我們使用 set 方法修改下標為 1 的值，否則這個位置上將一直為 null，因為在末尾添加元素時將會從 size = 2 的位置上開始。

上段代碼驗證下：

結(jié)果和我們分析的一樣：

ArrayList 的線程安全版本是 Vector，它的實現(xiàn)很簡單，就是把所有的方法統(tǒng)統(tǒng)加上 synchronized ：

既然它需要額外的開銷來維持同步鎖，所以理論上來說它要比 ArrayList 要慢。

七、為什么線程不安全還要用它呢

因為在大多數(shù)場景中，查詢的情況居多，不會涉及太頻繁的增刪。那如果真的涉及頻繁的增刪，可以使用LinkedList，底層鏈表實現(xiàn)，為增刪而生。而如果你非得保證線程安全那就使用 Vector。當然實際開發(fā)中使用最多的還是 ArrayList，雖然線程不安全、增刪效率低，但是查詢效率高啊。

以上就是詳解ArrayList的擴容機制的詳細內(nèi)容，更多關于ArrayList 擴容機制的資料請關注腳本之家其它相關文章！

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