探索ArrayList

     ArrayList的列表物件實質上是儲存在一個引用型數組裡的，有人認為該陣列有“自動增長機制”可以自動改變size大小。正式地說，該陣列是無法改變 大小的，實際上它只是改變了該引用型陣列的指向而已。下面，讓我們來看看java是怎樣實現ArrayList類的。

一、ArrayList類的實質

• ArrayList底層採用Object型別的陣列實現，當使用不帶引數的構造方法生成ArrayList物件時， 實際上會在底層生成一個長度為10的Object型別陣列。
• 首先，ArrayList定義了一個私有的未被序列化的陣列elementData，用來儲存ArrayList的物件列表（注意只定義未初始）：private transient Object[] elementData;

• 其次，以指定初始容量（Capacity）或把指定的Collection轉換為引用型陣列後例項化elementData陣列；如果沒有指定，則預置初始容量為10進行例項化。把私有陣列預先例項化，然後通過copyOf方法覆蓋原陣列，是實現自動改變ArrayList的大小(size)的關鍵。ArrayList的構造方法原始碼如下：

  
     //用指定的初始容量構造一個空列表。
  
      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);
  
      }
  
  }
   
  

  二、ArrayList實現自動改變size機制

       為了實現這一機制，java引進了Capacity和size概念，以區別陣列的length。為了保證使用者增加新的列表物件，java設定了最小容量（minCapacity） ，通常情況上，它大於列表物件的數目，所以Capactiy雖然就是底層陣列的長度（length），但是對於終端使用者來講，它是無意義的。而size儲存著列表 物件的數量，才是終端使用者所需要的。為了防止使用者錯誤修改，這一屬性被設定為privae的，不過可以通過size()獲取。

  下面，對ArrayList的初始以及其列表物件的增加和刪除等三種情況下的size自動改變機制進行分析

  1. 初始Capacity和size值。 從上面給出的ArrayList構造方法原始碼中，我們不難看出Capacity初始值（initialCapacity）可以由使用者直接指定或由使用者指定的Collection集合存 儲的物件數目確定，如果沒有指定，系統預設為10。而size的被宣告為int型變數，預設為0，當用戶指定Collection建立ArrayList時，size值等於 initialCapacity。

  2. add()方法 該方法的原始碼如下：

  public boolean add(E e) {
      ensureCapacityInternal(size + 1);
      elementData[size++] = e;//新增物件時，自增size
      return true;
  }
  

  方法中呼叫的ensureCapacityInternal主要用來調整容量，修改elementData陣列的指向。其中涉及到3個方法的呼叫，其核心在於grow方法：

  private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
      modCount++;//定義於ArrayList的父類AbstractList，用於儲存結構修改次數
      // overflow-conscious code
      if (minCapacity - elementData.length > 0)
          grow(minCapacity);
  }  
  private void grow(int minCapacity) {
      // overflow-conscious code
      int oldCapacity = elementData.length;
      int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);//新容量擴大到原容量的1.5倍，右移一位相關於原數值除以2。
      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);
  }
  private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
      if (minCapacity < 0) // overflow
          throw new OutOfMemoryError();
      return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
          Integer.MAX_VALUE :
          MAX_ARRAY_SIZE;//MAX_ARRAY_SIZE和Integer.MAX_VALUE為常量，詳細請參閱下面的註解
  }

  通過以上程式碼，我們可知java自動增加ArrayList大小的思路是：向ArrayList新增物件時，原物件數目加1如果大於原底層陣列長度，則以適當長度新 建一個原陣列的拷貝，並修改原陣列，指向這個新建陣列。原陣列自動拋棄（java垃圾回收機制會自動回收）。size則在向陣列新增物件，自增1。

  註解： //定義於該類的常量，用來分配陣列的size最大值。一些 VMs在數組裡保留字頭，試圖分配更大陣列時可能導致OutOfMemoryError:被請求陣列的 size超出VM界限。

•  

    private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
   //在java.lang.Integer類中常量MIN_VALUE、MAX_VALUE如下：
   public static final int   MIN_VALUE = 0x80000000;//整型取值區間下界：－2147483648
   public static final int   MAX_VALUE = 0x7fffffff;//整型取值區間上界：2147483647
　　//在java.util.AbstractList中modCount定義如下：
　　protected transient int modCount = 0;

　 3. remove()方法 該重構方法其一原始碼如下（其它的就不累述了）：

    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);//將後面的列表物件前移
        elementData[--size] = null; // 陣列前移一位，size自減，空出來的位置置null，具體的物件的銷燬由Junk收集器負責
        return oldValue;
    }
    private void rangeCheck(int index) {//邊界檢查
        if (index < 0 || index >= this.size)
           throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }
    E elementData(int index) {//獲取指定index所在位置的物件
        return (E) elementData[index];
    }

通過remove()原始碼的學習，我們不難看出，其改變ArrayList大小的核心與add()方法相似，都是同陣列拷貝。 另外，如果確有必要，使用者也可以指定ArrayList例項的容量，可以有效的降低時間成本。它是通過呼叫ensureCapacityInternal來實現的，原始碼 如下：

    public void ensureCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity > 0)
            ensureCapacityInternal(minCapacity);
    }
    因為size為private的，java給出方法來訪問它：
    public int size() {
         checkForComodification();
         return this.size;
    }

綜上所述，在使用者向ArrayList追加物件時，Java總是要先計算容量（Capacity）是否適當，若容量不足則把原陣列拷貝到以指定容量為長度建立的 新陣列內，並對原陣列變數重新賦值，指向新陣列。在這同時，size進行自增1。在刪除物件時，先使用拷貝方法把指定index後面的物件前移1位（如果 有的話），然後把空出來的位置置null，交給Junk收集器銷燬，size自減1。