Contents

1. 1. 概要
2. 2. ArrayList介绍
   1. 2.1. ArrayList简介
   2. 2.2. ArrayList构造函数
   3. 2.3. ArrayList的API
3. 3. ArrayList数据结构
4. 4. ArrayList源码解析(基于JDK1.6.0_45)
5. 5. 总结：
6. 6. ArrayList遍历方式
   1. 6.1. ArrayList支持3种遍历方式
7. 7. toArray()异常
   1. 7.1. 调用 toArray(T[] contents) 返回T[]的可以通过以下几种方式实现：
8. 8. 对于toArray()的进一步分析：

参考：http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3308556.html
http://www.tuicool.com/articles/uIBB3q

• 更新：
  　　jdk1.7增长算法的改变：int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); 这行代码显示，新的容量是旧的容量的1.5倍。

　　Java 1.7的源码显示：Object[] elementData这个数组的最开始是{}，大小为0（EMPTY_ELEMENTDATA），当给ArrayList实例添加第一个实例时，该数组就会被扩展至10（DEFAULT_CAPACITY）.

概要

　　我们学习了Collection的架构。这一章开始，我们对Collection的具体实现类进行讲解；首先，讲解List，而List中ArrayList又最为常用。因此，本章我们讲解ArrayList。先对ArrayList有个整体认识，再学习它的源码，最后再通过例子来学习如何使用它。内容包括：

ArrayList介绍

ArrayList简介

　　ArrayList 是一个数组队列，相当于 动态数组。与Java中的数组相比，它的容量能动态增长。它继承于AbstractList，实现了List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable这些接口。

　　ArrayList 继承了AbstractList，实现了List。它是一个数组队列，提供了相关的添加、删除、修改、遍历等功能。

　　ArrayList 实现了RandmoAccess接口，即提供了随机访问功能。RandmoAccess是java中用来被List实现，为List提供快速访问功能的。在ArrayList中，我们即可以通过元素的序号快速获取元素对象；这就是快速随机访问。稍后，我们会比较List的“快速随机访问”和“通过Iterator迭代器访问”的效率。

　　ArrayList 实现了Cloneable接口，即覆盖了函数clone()，能被克隆。

　　ArrayList 实现java.io.Serializable接口，这意味着ArrayList支持序列化，能通过序列化去传输。

　　和Vector不同，ArrayList中的操作不是线程安全的！所以，建议在单线程中才使用ArrayList，而在多线程中可以选择Vector或者CopyOnWriteArrayList。

ArrayList构造函数

// 默认构造函数
ArrayList()

// capacity是ArrayList的默认容量大小。当由于增加数据导致容量不足时，容量会添加上一次容量大小的一半。
ArrayList(int capacity)

// 创建一个包含collection的ArrayList
ArrayList(Collection<? extends E> collection)

ArrayList的API

// Collection中定义的API
boolean             add(E object)boolean             addAll(Collection<? extends E> collection)void                clear()boolean             contains(Object object)boolean             containsAll(Collection<?> collection)boolean             equals(Object object)int                 hashCode()boolean             isEmpty()Iterator<E>         iterator()boolean             remove(Object object)boolean             removeAll(Collection<?> collection)boolean             retainAll(Collection<?> collection)int                 size()<T> T[]             toArray(T[] array)Object[]            toArray()// AbstractCollection中定义的APIvoid                add(int location, E object)boolean             addAll(int location, Collection<? extends E> collection)E                   get(int location)int                 indexOf(Object object)int                 lastIndexOf(Object object)ListIterator<E>     listIterator(int location)ListIterator<E>     listIterator()E                   remove(int location)E                   set(int location, E object)List<E>             subList(int start, int end)// ArrayList新增的APIObject               clone()void                 ensureCapacity(int minimumCapacity)void                 trimToSize()void                 removeRange(int fromIndex, int toIndex)
boolean             addAll(Collection<? extends E> collection)
void                clear()
boolean             contains(Object object)
boolean             containsAll(Collection<?> collection)
boolean             equals(Object object)
int                 hashCode()
boolean             isEmpty()
Iterator<E>         iterator()
boolean             remove(Object object)
boolean             removeAll(Collection<?> collection)
boolean             retainAll(Collection<?> collection)
int                 size()
<T> T[]             toArray(T[] array)
Object[]            toArray()
// AbstractCollection中定义的API
void                add(int location, E object)
boolean             addAll(int location, Collection<? extends E> collection)
E                   get(int location)
int                 indexOf(Object object)
int                 lastIndexOf(Object object)
ListIterator<E>     listIterator(int location)
ListIterator<E>     listIterator()
E                   remove(int location)
E                   set(int location, E object)
List<E>             subList(int start, int end)
// ArrayList新增的API
Object               clone()
void                 ensureCapacity(int minimumCapacity)
void                 trimToSize()
void                 removeRange(int fromIndex, int toIndex)

ArrayList数据结构

ArrayList的继承关系
 
java.lang.Object
   ↳     java.util.AbstractCollection<E>
         ↳     java.util.AbstractList<E>
               ↳     java.util.ArrayList<E>

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {}
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable 

　　ArrayList包含了两个重要的对象：elementData 和 size。

(01) elementData 是”Object[]类型的数组”，它保存了添加到ArrayList中的元素。实际上，elementData是个动态数组，我们能通过构造函数 ArrayList(int initialCapacity)来执行它的初始容量为initialCapacity；如果通过不含参数的构造函数ArrayList()来创建ArrayList，则elementData的容量默认是10。elementData数组的大小会根据ArrayList容量的增长而动态的增长，具体的增长方式，请参考源码分析中的ensureCapacity()函数。

(02) size 则是动态数组的实际大小。

ArrayList源码解析(基于JDK1.6.0_45)

　　为了更了解ArrayList的原理，下面对ArrayList源码代码作出分析。ArrayList是通过数组实现的，源码比较容易理解。

package java.util;

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>     implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{
     implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

 // 序列版本号
 private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;

 // 保存ArrayList中数据的数组
 private transient Object[] elementData;

 // ArrayList中实际数据的数量
 private int size;

 // ArrayList带容量大小的构造函数。
 public ArrayList(int initialCapacity) {
     super();
     if (initialCapacity < 0)
         throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                            initialCapacity);
     // 新建一个数组
     this.elementData = new Object[initialCapacity];
 }

 // ArrayList构造函数。默认容量是10。
 public ArrayList() {
     this(10);
 }

 // 创建一个包含collection的ArrayList
 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);
 }


 // 将当前容量值设为 =实际元素个数
 public void trimToSize() {
     modCount++;
     int oldCapacity = elementData.length;
     if (size < oldCapacity) {
         elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
     }
 }


 // 确定ArrarList的容量。
 // 若ArrayList的容量不足以容纳当前的全部元素，设置 新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1”
 public void ensureCapacity(int minCapacity) {
     // 将“修改统计数”+1
     modCount++;
     int oldCapacity = elementData.length;
     // 若当前容量不足以容纳当前的元素个数，设置 新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1”
     if (minCapacity > oldCapacity) {
         Object oldData[] = elementData;
         int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;
         if (newCapacity < minCapacity)
             newCapacity = minCapacity;
         elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
     }
 }

 // 添加元素e
 public boolean add(E e) {
     // 确定ArrayList的容量大小
     ensureCapacity(size + 1);  // Increments modCount!!
     // 添加e到ArrayList中
     elementData[size++] = e;
     return true;
 }

 // 返回ArrayList的实际大小
 public int size() {
     return size;
 }

 // 返回ArrayList是否包含Object(o)
 public boolean contains(Object o) {
     return indexOf(o) >= 0;
 }

 // 返回ArrayList是否为空
 public boolean isEmpty() {
     return size == 0;
 }

 // 正向查找，返回元素的索引值
 public int indexOf(Object o) {
     if (o == null) {
         for (int i = 0; i < size; i++)
         if (elementData[i]==null)
             return i;
         } else {
             for (int i = 0; i < size; i++)
             if (o.equals(elementData[i]))
                 return i;
         }
         return -1;
     }

   

 // 反向查找(从数组末尾向开始查找)，返回元素(o)的索引值
 public int lastIndexOf(Object o) {
     if (o == null) {
         for (int i = size-1; i >= 0; i--)
         if (elementData[i]==null)
             return i;
     } else {
         for (int i = size-1; i >= 0; i--)
         if (o.equals(elementData[i]))
             return i;
     }
     return -1;
 }


 // 返回ArrayList的Object数组
 public Object[] toArray() {
     return Arrays.copyOf(elementData, size);
 }

 // 返回ArrayList的模板数组。所谓模板数组，即可以将T设为任意的数据类型
 public <T> T[] toArray(T[] a) {
     // 若数组a的大小 < ArrayList的元素个数；
     // 则新建一个T[]数组，数组大小是“ArrayList的元素个数”，并将“ArrayList”全部拷贝到新数组中
     if (a.length < size)
         return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());

     // 若数组a的大小 >= ArrayList的元素个数；
     // 则将ArrayList的全部元素都拷贝到数组a中。
     System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);
     if (a.length > size)
         a[size] = null;
     return a;
 }

 // 获取index位置的元素值
 public E get(int index) {
     RangeCheck(index);

     return (E) elementData[index];
 }

 // 设置index位置的值为element
 public E set(int index, E element) {
     RangeCheck(index);

     E oldValue = (E) elementData[index];
     elementData[index] = element;
     return oldValue;
 }

 // 将e添加到ArrayList中
 public boolean add(E e) {
     ensureCapacity(size + 1);  // Increments modCount!!
     elementData[size++] = e;
     return true;
 }

 // 将e添加到ArrayList的指定位置
 public void add(int index, E element) {
     if (index > size || index < 0)
         throw new IndexOutOfBoundsException(
         "Index: "+index+", Size: "+size);

     ensureCapacity(size+1);  // Increments modCount!!
     System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
          size - index);
     elementData[index] = element;
     size++;
 }

 // 删除ArrayList指定位置的元素
 public E remove(int index) {
     RangeCheck(index);

     modCount++;
     E oldValue = (E) elementData[index];

     int numMoved = size - index - 1;
     if (numMoved > 0)
         System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
              numMoved);
     elementData[--size] = null; // Let gc do its work

     return oldValue;
 }

 // 删除ArrayList的指定元素
 public boolean remove(Object o) {
     if (o == null) {
             for (int index = 0; index < size; index++)
         if (elementData[index] == null) {
             fastRemove(index);
             return true;
         }
     } else {
         for (int index = 0; index < size; index++)
         if (o.equals(elementData[index])) {
             fastRemove(index);
             return true;
         }
     }
     return false;
 }


 // 快速删除第index个元素
 private void fastRemove(int index) {
     modCount++;
     int numMoved = size - index - 1;
     // 从"index+1"开始，用后面的元素替换前面的元素。
     if (numMoved > 0)
         System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                          numMoved);
     // 将最后一个元素设为null
     elementData[--size] = null; // Let gc do its work
 }

 // 删除元素
 public boolean remove(Object o) {
     if (o == null) {
         for (int index = 0; index < size; index++)
         if (elementData[index] == null) {
             fastRemove(index);
         return true;
         }
     } else {
         // 便利ArrayList，找到“元素o”，则删除，并返回true。
         for (int index = 0; index < size; index++)
         if (o.equals(elementData[index])) {
             fastRemove(index);
         return true;
         }
     }
     return false;
 }

 // 清空ArrayList，将全部的元素设为null
 public void clear() {
     modCount++;

     for (int i = 0; i < size; i++)
         elementData[i] = null;

     size = 0;
 }

 // 将集合c追加到ArrayList中
 public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
     Object[] a = c.toArray();
     int numNew = a.length;
     ensureCapacity(size + numNew);  // Increments modCount
     System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
     size += numNew;
     return numNew != 0;
 }

 // 从index位置开始，将集合c添加到ArrayList
 public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
     if (index > size || index < 0)
         throw new IndexOutOfBoundsException(
         "Index: " + index + ", Size: " + size);

     Object[] a = c.toArray();
     int numNew = a.length;
     ensureCapacity(size + numNew);  // Increments modCount

     int numMoved = size - index;
     if (numMoved > 0)
         System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,
              numMoved);

     System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
     size += numNew;
     return numNew != 0;
 }

 // 删除fromIndex到toIndex之间的全部元素。
 protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {
 modCount++;
 int numMoved = size - toIndex;
     System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex,
                      numMoved);

 // Let gc do its work
 int newSize = size - (toIndex-fromIndex);
 while (size != newSize)
     elementData[--size] = null;
 }

 private void RangeCheck(int index) {
 if (index >= size)
     throw new IndexOutOfBoundsException(
     "Index: "+index+", Size: "+size);
 }


 // 克隆函数
 public Object clone() {
     try {
         ArrayList<E> v = (ArrayList<E>) super.clone();
         // 将当前ArrayList的全部元素拷贝到v中
         v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
         v.modCount = 0;
         return v;
     } catch (CloneNotSupportedException e) {
         // this shouldn't happen, since we are Cloneable
         throw new InternalError();
     }
 }


 // java.io.Serializable的写入函数
 // 将ArrayList的“容量，所有的元素值”都写入到输出流中
 private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)     throws java.io.IOException{
     throws java.io.IOException
 // Write out element count, and any hidden stuff
 int expectedModCount = modCount;
 s.defaultWriteObject();

     // 写入“数组的容量”
     s.writeInt(elementData.length);

 // 写入“数组的每一个元素”,因为elementData[]前有transient关键字
 for (int i=0; i<size; i++)
         s.writeObject(elementData[i]);
 //防止并发修改
 if (modCount != expectedModCount) {
         throw new ConcurrentModificationException();
     }

 }


 // java.io.Serializable的读取函数：根据写入方式读出
 // 先将ArrayList的“容量”读出，然后将“所有的元素值”读出
 private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)     throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
     throws java.io.IOException, ClassNotFoundException 
     // Read in size, and any hidden stuff
     s.defaultReadObject();
	//按写入的顺序读出
     // 从输入流中读取ArrayList的“容量”
     int arrayLength = s.readInt();
     Object[] a = elementData = new Object[arrayLength];

     // 从输入流中将“所有的元素值”读出
     for (int i=0; i<size; i++)
         a[i] = s.readObject();
 }
}

总结：

(01) ArrayList 实际上是通过一个Object数组去保存数据的。当我们构造ArrayList时；若使用默认构造函数，则ArrayList的默认容量大小是10。
(02) 当ArrayList容量不足以容纳全部元素时，ArrayList会重新设置容量：新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1”。
(03) ArrayList的克隆函数，即是将全部元素克隆到一个数组中（浅拷贝）。
(04) ArrayList实现java.io.Serializable的方式。当写入到输出流时，先写入“容量”，再依次写入“每一个元素”；当读出输入流时，先读取“容量”，再依次读取“每一个元素”。

ArrayList遍历方式

ArrayList支持3种遍历方式

(01) 第一种，通过迭代器遍历。即通过Iterator去遍历。

Integer value = null;
Iterator iter = list.iterator();
while (iter.hasNext()) {
    value = (Integer)iter.next();
}

(02) 第二种，随机访问，通过索引值去遍历。
由于ArrayList实现了RandomAccess接口，它支持通过索引值去随机访问元素。

Integer value = null;
int size = list.size();
for (int i=0; i<size; i++) {
    value = (Integer)list.get(i);        
}

(03) 第三种，foreach语法循环遍历(其实也是迭代器模式访问)。如下：

Integer value = null;
for (Integer integ:list) {
    value = integ;
}

• 由于ArrayList继承了随机访问接口RandomAccess，所以遍历ArrayList时，使用随机访问(即，通过索引序号访问)效率最高，而使用迭代器的效率最低！

toArray()异常

　　当我们调用ArrayList中的 toArray()，可能遇到过抛出“java.lang.ClassCastException”异常的情况。下面我们说说这是怎么回事。

　　ArrayList提供了2个toArray()函数：

Object[] toArray()
<T> T[] toArray(T[] contents)

　　调用 toArray() 函数会抛出“java.lang.ClassCastException”异常，但是调用 toArray(T[] contents) 能正常返回 T[]。

　　toArray() 会抛出异常是因为 toArray() 返回的是 Object[] 数组，将 Object[] 转换为其它类型(如如，将Object[]转换为的Integer[])则会抛出“java.lang.ClassCastException”异常，因为Java不支持向下转型。具体的可以参考前面ArrayList.java的源码介绍部分的toArray()。

　　解决该问题的办法是调用 T[] toArray(T[] contents) ， 而不是 Object[] toArray()。

调用 toArray(T[] contents) 返回T[]的可以通过以下几种方式实现：

// toArray(T[] contents)调用方式一。最常用！
public static Integer[] vectorToArray2(ArrayList<Integer> v) {
    Integer[] newText = (Integer[])v.toArray(new Integer[0]);
    return newText;
}

// toArray(T[] contents)调用方式二
public static Integer[] vectorToArray3(ArrayList<Integer> v) {
    Integer[] newText = new Integer[v.size()];
    Integer[] newStrings = (Integer[])v.toArray(newText);
    return newStrings;
}

对于toArray()的进一步分析：

实例一：

public static void main(String[] args) {  
        
		sub [] subArray = {new sub(), new sub()};
		System.out.println("subArray数组里的元素的实际类型" + "\n" + subArray.getClass().getSimpleName() + "\n");
		
		base[] baseArray = subArray;
		System.out.println("baseArray数组里的元素的实际类型" + "\n" + baseArray.getClass().getSimpleName());
		
		baseArray[0] = new base();
}  
输出：
subArray数组里的元素的实际类型
sub[]
baseArray数组里的元素的实际类型
sub[]
Exception in thread "main" java.lang.ArrayStoreException: yu.base
	at yu.Lian4.main(Lian4.java:45)

• Sub 继承自 Base，由于Sub数组中每一个元素都是 Sub对象，所以Base [] baseArray = subArray;这种强制类型转换不会报错。 这 其实就是java对象的向上转型，子类数组转换成父类数组是允许的 。但是由于数组中元素类型都是Sub类型的，所以 baseArray[0] = new Base ();会 报错java.lang.ArrayStoreException。这也就是说假如我们有1个Object[]数组，并不代表着我们可以将Object对象存进去，这取决于数组中元素实际的类型。

实例二：

public static void main(String[] args) {  
        
		List<String> list = Arrays.asList("123");
		//Arrays类里的一个内部类ArrayList而不是java.util.ArrayList
		System.out.println(list.getClass());//输出实际类型
    
		Object[]objArray = list.toArray();
		System.out.println(list.getClass());//输出实际类型
		
		objArray[0] = new Object(); 
}  
输出：
class java.util.Arrays$ArrayList
class java.util.Arrays$ArrayList
Exception in thread "main" java.lang.ArrayStoreException: java.lang.Object
	at yu.Lian4.main(Lian4.java:46)

同上，虽然是Object[]数组，并不代表着我们可以将Object对象存进去，这取决于数组中元素实际的类型。

实例三：

public static void main(String[] args) {  
        
		 List<String> dataList = new ArrayList<String>();
		  dataList.add("one");
		  dataList.add("two");

		  Object[] listToArray = dataList.toArray();

		  // class [Ljava.lang.Object;返回的是Object数组
		  System.out.println("listToArray数组里元素的实际类型"+ listToArray.getClass());
		  listToArray[0] = "";
		  listToArray[0] = 123;
		  listToArray[0] = new Object();
    }  
输出：
listToArray数组里元素的实际类型class [Ljava.lang.Object;

• ArrayList对象底层就是Object[]数组对象，他的toArray()返回就是Object[]数组，所以我们可以将任意对象存放到返回的Object[]数组中。

通过上面例子也就可以看懂源码中为啥会有这一段了

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);//上面的toArray()返回的不是Object[]型的就用这里的Arrays.copyOf方法创一个Object[]的数组返回以确保ArrayList对象里的是Object[]型数组
}