Java基础16（集合框架 List ArrayList容器类 ArrayList底层源码解析及扩容机制）

冯诺依曼转世2024-06-24 10:07

目录

一、什么是集合？

二、集合接口

三、List集合

四、ArrayList容器类

[1. 常用方法](#1. 常用方法)

[1.1 增加](#1.1 增加)

[1.2 查找](#1.2 查找)

[int size()](#int size())

[E get(int index)](#E get(int index))

[int indexOf(Object c)](#int indexOf(Object c))

[boolean contains(Object c)](#boolean contains(Object c))

[boolean isEmpty()](#boolean isEmpty())

[List SubList(int fromindex,int toIndex)](#List SubList(int fromindex,int toIndex))

[boolean equals(Object o)](#boolean equals(Object o))

[1.3 修改](#1.3 修改)

[E set(int index, E element)](#E set(int index, E element))

[1.1.4 删除](#1.1.4 删除)

[boolean removeAll(Collection c)--- 差集](#boolean removeAll(Collection c)--- 差集)

[boolean retainAll(Collection c) --交集](#boolean retainAll(Collection c) --交集)

[1.5 其他方法](#1.5 其他方法)

clone()

sort()

List和Array转换

[2. 遍历](#2. 遍历)

[2.1 for循环](#2.1 for循环)

[2.2 增强for循环](#2.2 增强for循环)

[2.3 迭代器](#2.3 迭代器)

Iterator的remove

[3. 初始化](#3. 初始化)

无参初始化

有参初始化

五、ArrayList底层源码解析及扩容机制(⭐)

【特点】

【数据结构】

扩容机制：

总结：

小结

一、什么是集合？

什么是集合？集合就是"由若干个确定的元素所构成的整体"，在程序中，一般代表保存若干个元素（数据）的某种容器类。在数学中，我们经常遇到集合的概念。例如：

●有限集合：

  • 一个班所有的同学构成的集合；
  • 一个网站所有的商品构成的集合；
  • ...

●无限集合：

  • 全体自然数集合：1，2，3，......
  • 有理数集合；
  • 实数集合；
  • ...

为什么要在计算机中引入集合呢？这是为了便于处理一组类似的数据，例如：

  • 计算所有同学的总成绩和平均成绩；
  • 列举所有的商品名称和价格；
  • ......

在Java中，如果一个Java对象可以在内部持有（保存）若干其他Java对象，并对外提供访问接口，我们把这种Java对象的容器称为集合。很显然，Java的数组也可以看作是一种集合：

既然Java提供了数组这种数据类型，可以充当集合，那么，我们为什么还需要其他集合类？这是因为数组有如下限制：

  • 长度开始时必须指定，且一旦指定，不能更改；即数组长度很难扩容
  • 保存的必须为同一类型的元素；
  • 数组的方法和功能不完善，查看数组中的具体长度，只有length属性知道内存大小，不知道具体的元素个数。
java 复制代码 
public static void main(String[] args) {
		String[] menu = new String[10];
		menu[0] = "麻婆豆腐";
		menu[1] = "麻辣烫";
		menu[2] = "null";
		System.out.println(menu.length);//10

		ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<String>();
		for (int i = 0; i < 3; i++) {
			arrayList.add("麻婆豆腐");
			arrayList.add("麻辣烫");
			arrayList.add("null");
//			arrayList.add( 12 );
//			arrayList.add( 12.23 );
//			arrayList.add( true );
//			arrayList.add(new Date());
		}
		System.out.println(arrayList);//[麻婆豆腐, 麻辣烫, null, 麻婆豆腐, 麻辣烫, null, 麻婆豆腐, 麻辣烫, null]
		System.out.println(arrayList.size());//9
	}

因此，我们需要各种不同类型的集合类来处理不同的数据，例如：

  • 可变大小的顺序链表；
  • 保证无重复元素的集合；
  • ...

二、集合接口

Java标准库自带的java.util包提供了集合相关的接口和实现类：Collection接口，它是除Map接口外所有其他集合类的根接口。

Collection接口：collection接口是单例集合的跟接口，英文含义集中、收集

单列集合是将数据进行一个一个的存储，存储的是值

Java的java.util包主要提供了以下三种类型的集合：

  • List：一种有序列表的集合；
  • Set：一种保证没有重复元素的集合；
  • Map：一种通过键值（key-value）查找的映射表集合，例如，根据Student的name查找对应Student的Map。

Java集合的设计有几个特点：首先实现了接口和实现类相分离，例如，有序表的接口是List，具体的实现类有ArrayList，LinkedList等；其次支持泛型，我们可以限制在一个集合中只能放入同一种数据类型的元素，例如：

java 复制代码 
List<String> list = new ArrayList<>(); // 只能放入String类型

最后，Java访问集合总是通过统一的方式------迭代器（Iterator）来实现，它最明显的好处在于无需知道集合内部元素是按什么方式存储的。

另外，由于Java的集合设计非常久远，中间经历过大规模改进，我们要注意到有一小部分集合类是遗留类，不应该继续使用：

  • Hashtable：一种线程安全的Map实现；
  • Vector：一种线程安全的List实现；
  • Stack：基于Vector实现的LIFO的栈；

三、List集合

在集合类中，List是最基础的一种集合：它是一种有序列表。List的行为和数组几乎完全相同：List内部按照放入元素的先后顺序存放，每个元素都可以通过索引确定自己的位置，List的索引和数组一样，从0开始。

List的特点：

  • 元素有序的-即存入顺序和取出顺序是一致的（注意区分有序和排序）
  • 是可以重复的

我们观察List<E>接口，可以看到几个主要的接口方法：

  • 在末尾添加一个元素：boolean add(E e)
  • 在指定索引添加一个元素：boolean add(int index, E e)
  • 删除指定索引的元素：E remove(int index)
  • 删除某个元素：boolean remove(Object e)
  • 获取指定索引的元素：E get(int index)
  • 获取链表大小（包含元素的个数）：int size()

四、ArrayList容器类

1. 常用方法

方法名 说明
public boolean add(E e) 将指定的参数元素追加到集合的末尾
public void add(int index ,E e) 在集合的指定位置添加指定的元素（插入元素）
public void addAll(E object) 用于将指定集合中所有元素添加到当前集合中
boolean addAll(int index,Collection<? extends E> c) 从指定的位置开始，将指定 collection 中的所有元素插入到此列表中
方法名 说明
public boolean remove(Object o) 删除指定的元素，成功则返回true
public E remove(int index) 删除指定索引位置的元素，返回被删除的元素
public E set(int index,E e) 修改指定索引位置的元素，返回修改前的元素
public E get(int index) 获取指定索引对应的元素
public int size() 获取结合中元素个数

1.1 增加

  • boolean add(E，e)添加指定元素到集合尾部

    java 复制代码 
    //泛型使用的目的：帮助我们建立类型安全的集合，添加元素的时候传入实际的类型
		//泛型使用好处： 代码可读性增强，程序更安全
		//泛型集合--泛型必须是引用数据类型
		ArrayList<String> arrayList =new ArrayList<String>();

//add(元素)添加元素到集合的尾部
		boolean b = arrayList.add("z张三");
		System.out.println("添加z张三是否成功:"+b);
		arrayList.add("l李四");
		arrayList.add("w王五");
		arrayList.add("r任六");
		arrayList.add("z张三");
		System.out.println(arrayList);

运行结果：
添加z张三是否成功:true
[z张三, l李四, w王五, r任六, z张三]

  • void add(int index, E element)添加新元素到集合指定的下标位置

    java 复制代码 
    //add(int index, E element)添加新元素到集合指定的下标位置
	    arrayList.add(0,"孙二娘");
	    arrayList.add(3,"刘备");
	    System.out.println(arrayList);//[孙二娘, z张三, l李四, 刘备, w王五, r任六, z张三]

  • boolean addAll(Collection<? extends E> c) 添加集合C 内所有元素到当前集合

    java 复制代码 
    //使用Arrays.asList方法快速生成一个List集合
	    //Arrays.asList返回的不是java.util下的ArrayList
	    List<String> list = Arrays.asList("李白","高适","李清照","杜甫");
	    
	    
	    //boolean addAll(Collection<? extends E> c)  添加集合C 内所有元素到当前集合
	    arrayList.addAll(list);
	    System.out.println(arrayList);//[孙二娘, z张三, l李四, 刘备, w王五, r任六, z张三, 李白, 高适, 李清照, 杜甫]

  • boolean addAll(int index,Collection<? extends E> c) 从指定的位置开始，将指定 collection 中的所有元素插入到此列表中

    java 复制代码 
    //boolean addAll(Collection<? extends E> c)  添加集合C 内所有元素到当前集合
	    arrayList.addAll(list);
	    System.out.println(arrayList);//[李白, 高适, 李清照, 杜甫, 孙二娘, z张三, l李四, 刘备, w王五, r任六, z张三, 李白, 高适, 李清照, 杜甫]

1.2 查找

int size()

查集合的长度，具体的元素个数

java 复制代码 
ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<String>();
		arrayList.addAll(Arrays.asList("李白","高适","李清照","杜甫"));
		//1.获取元素的个数
		int size = arrayList.size();
		System.out.println("元素的个数为："+size);//元素的个数为：4
E get(int index)

获取下标中的元素

java 复制代码 
//2.E get(int index)获取下标中的元素,
		System.out.println("首元素:"+arrayList.get(0));//首元素:李白
		System.out.println("尾元素:"+arrayList.get(arrayList.size()-1));//尾元素:杜甫
int indexOf(Object c)

查找找到指定元素的下标位置，如果不存在，则返回数组-1

java 复制代码 
//3.int indexOf(Object  c) 查找找到指定元素的下标位置，如果不存在，则返回数组-1
		int index =arrayList.indexOf("高适1");
		System.out.println("高适所对应的下标位置："+index);//高适所对应的下标位置：-1
boolean contains(Object c)

判断集合中是否存在元素

java 复制代码 
//4.boolean contains(Object  c)
		System.out.println("高适是否存在："+arrayList.contains("高适1"));//高适是否存在：false
boolean isEmpty()

判断集合是否为空

java 复制代码 
 //5.判断集合是否为空boolean  isEmpty()
		System.out.println("集合是否为空："+arrayList.isEmpty());//集合是否为空：false
List<E> SubList(int fromindex,int toIndex)

subList是List接口中定义的一个方法，该方法主要用于返回一个集合中的一段、可以理解为截取一个集合中的部分元素，他的返回值也是一个List。

java 复制代码 
		//6.List<E>  SubList(int fromindex,int  toIndex)
	    List<String> subList = arrayList.subList(0, 3);
	    System.out.println(subList);//[李白, 高适, 李清照]
boolean equals(Object o)

ArrayList.equals(Object obj) 方法比较的是两个列表（ArrayList或其它类型的List）的内容是否相等，即两个列表的大小必须相同，并且在相同索引位置上的元素也必须相等。

java 复制代码 
    //7.equals()
	    boolean bequals = arrayList.equals(subList);
	    System.out.println(bequals);//false

1.3 修改

E set(int index, E element)

修改指定索引位置的元素，返回修改前的元素

java 复制代码 
ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<String>();
		arrayList.addAll(Arrays.asList("李白", "高适", "李清照", "杜甫"));
		System.out.println("原集合的内容：" + arrayList);

		// 修改指定下标的元素
		String result = arrayList.set(0, "王维");
		System.out.println("修改的元素：" + result);
		System.out.println("修改后的集合：" + arrayList);

1.1.4 删除

  • E remove(int index)：根据指定索引删除元素，并把删除的元素返回 如果下标超过集合的最大下标，输出IndexOutOfBoundsException
java 复制代码 
// E remove(int index)：根据指定索引删除元素，并把删除的元素返回
		String oldValue = arrayList.remove(0);
		System.out.println("删除的下标为0的元素为：" + oldValue);//删除的下标为0的元素为：李白
  • boolean remove(Object o)：从集合中删除指定的元素，删除一个就返回 如果查到或者删除1个就返回，并不是删除所有相同的集合元素
java 复制代码 
//boolean remove(Object o)：从集合中删除指定的元素，删除一个就返回
		boolean b = arrayList.remove("高适");
		System.out.println("删除元素高适是否成功:" + b);//删除元素高适是否成功:true
  • void clear()：删除集合中的所有元素，此集合仍旧存在，集合元素长度变0
java 复制代码 
		//清空元素
		arrayList.clear();
		System.out.println(arrayList.size());//0
boolean removeAll(Collection<?> c)--- 差集

从集合中删除一个指定的集合元素：
删除A集合中存在B集合中的所有相同的元素，如果有删除返回True

java 复制代码 
ArrayList<String> list1 = new ArrayList<String>();
		list1.addAll(Arrays.asList("周杰伦", "郭德刚", "张学友", "于适"));

		ArrayList<String> list2 = new ArrayList<String>();
		list2.addAll(Arrays.asList("周杰伦", "王一博", "张学友", "吴磊"));

		// boolean removeAll(Collection<?> c)--- 差集
		boolean b = list1.removeAll(list2);
		System.out.println(b);//true
		System.out.println(list1);//[郭德刚, 于适]
		System.out.println(list2);//[周杰伦, 王一博, 张学友, 吴磊]
boolean retainAll(Collection<?> c) --交集

保留集合A和集合B中相同的元素，删除不同的元素，谁调用操作的是就是谁

java 复制代码 
ArrayList<String> list1 = new ArrayList<String>();
		list1.addAll(Arrays.asList("周杰伦", "郭德刚", "张学友", "于适"));

		ArrayList<String> list2 = new ArrayList<String>();
		list2.addAll(Arrays.asList("周杰伦", "王一博", "张学友", "吴磊"));
	
//		boolean retainAll(Collection<?> c)   --交集
		boolean result=list1.retainAll(list2);
		System.out.println(result);//true
		System.out.println(list1);//[周杰伦, 张学友]
		System.out.println(list2);//[周杰伦, 王一博, 张学友, 吴磊]

1.5 其他方法

clone()

克隆一个集合，得到的一个长度，个数，内容，顺序完全一致的集合，单是赋值了一份

java 复制代码 
ArrayList<String> list1 = new ArrayList<String>();
		list1.addAll(Arrays.asList("z周杰伦", "g郭德刚", "d张学友", "y于适"));
		System.out.println("原集合：" + list1);//原集合：[z周杰伦, g郭德刚, d张学友, y于适]

		// list.clone() 克隆一个集合，得到的一个长度，个数，内容，顺序完全一致的集合，单是赋值了一份
		ArrayList<String> cloneList = (ArrayList<String>) list1.clone();
		System.out.println("克隆的集合:" + cloneList);//克隆的集合:[z周杰伦, g郭德刚, d张学友, y于适]
sort()

对list中的内容进行排序，需要自定义排序规则

java 复制代码 
// list.sort() 对list中的内容进行排序，需要自定义排序规则
		list1.sort(new Comparator<String>() {
			@Override
			public int compare(String o1, String o2) {
				return o1.compareTo(o2);
			}
		});

		System.out.println(list1);//[d张学友, g郭德刚, y于适, z周杰伦]

List和Array转换

  • object[] toArray()直接返回一个Object[]数组：
java 复制代码 
// object[] toArray()
		Object[] objects = list1.toArray();
		System.out.println("objects:"+Arrays.toString(objects));//objects:[d张学友, g郭德刚, y于适, z周杰伦]
  • T[] toArray(T[] a)传入一个类型相同的Array，List内部自动把元素复制到传入的Array中：
java 复制代码 
// T[] toArray(T[] a)以较长的长度为
		String[] arrayList = list1.toArray(new String[0]);
		System.out.println("arrayList:"+Arrays.toString(arrayList));//arrayList:[d张学友, g郭德刚, y于适, z周杰伦]

2. 遍历

2.1 for循环

和数组类型，我们要遍历一个List，完全可以用for循环根据索引配合get(int)方法遍历：

java 复制代码 
ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<String>();
		arrayList.addAll(Arrays.asList("李白", "高适", "李清照", "杜甫"));

		// 1.遍历
		for (int i = 0; i < arrayList.size(); i++) {
			System.out.print(arrayList.get(i) + " ");
		}
运行结果：李白 高适 李清照 杜甫

2.2 增强for循环

只要实现了Iterable接口的集合类都可以直接用for each循环来遍历，Java编译器本身并不知道如何遍历集合对象，但它会自动把for each循环变成Iterator的调用，原因就在于Iterable接口定义了一个Iterator<E> iterator()方法，强迫集合类必须返回一个Iterator实例。

java 复制代码 
ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<String>();
		arrayList.addAll(Arrays.asList("李白", "高适", "李清照", "杜甫"));
		// 2.for each
		for (String str : arrayList) {
			System.out.print(str + "_");
		}
运行结果：李白_高适_李清照_杜甫_

2.3 迭代器

是访问数据的模型，主要用来遍历Colllection集合。使用迭代器Iterator来访问List。Iterator本身也是一个对象，但它是由List的实例调用iterator()方法的时候创建的。Iterator对象知道如何遍历一个List，并且不同的List类型，返回的Iterator对象实现也是不同的，但总是具有最高的访问效率。

Iterator对象有两个方法：

  • boolean hasNext()判断是否有下一个元素，
  • E next()返回下一个元素。

因此，使用Iterator遍历List代码如下：

java 复制代码 
// 3.迭代器
		// 3.1 获取当前集合的"普通的"迭代器对象
		Iterator<String> it = arrayList.iterator();
		// 通过迭代器对象判断是否存在下一个元素
		while(it.hasNext()) {
			System.out.print(it.next()+" ");//获取下一个元素
		}
		System.out.println();

运行结果：李白 高适 李清照 杜甫

使用List迭代器（ListIterator）遍历：

继承了Iterator，是List集合派系所特有的迭代器，遍历方式与Iterator遍历类似，但也有其特殊之处：它内部含有hasPrevious()方法和previous()方法，可以配合使用进行倒序遍历，前提是必须要先正序遍历让指针移至最后，否则倒叙遍历没有效果

java 复制代码 
//3.2获取当前集合的"List迭代器"
		//从指定的下标开始正序遍历元素
		ListIterator<String> listIt = arrayList.listIterator(0);
		while(listIt.hasNext()) {
			System.out.print(listIt.next()+" ");//获取下一个元素
		}
		System.out.println();
		//逆序遍历集合
		ListIterator<String> listIt1 = arrayList.listIterator(4);
		while(listIt1.hasPrevious()) {
			System.out.print(listIt1.previous()+" ");
		}
运行结果：
李白 高适 李清照 杜甫 
杜甫 李清照 高适 李白
Iterator的remove

  • ①在使用迭代器的remove()操作时，会将更新后的modCount给expectedModCount，两者会得到同步，但是在调用集合的remove()方法后，两个不会进行同步，进而导致在checkForComodification()校验时不通过，抛出java.util.ConcurrentModificationException异常。

  • ②所以，在单线程下使用迭代器是没有问题的，但是在多线程下同时操作集合就不允许了，可以通过fail-fast快速失败机制，快速判断是否存在同时操作问题。因此，集合在多线程下使用是不安全的。

    java 复制代码 
     Collection c2 = new ArrayList();
        c2.add("abc");
        c2.add("def");
        c2.add("xyz");
 
        Iterator it2 = c2.iterator();
        while(it2.hasNext()){
            Object o = it2.next();
            // 删除元素
            // 删除元素之后，集合的结构发生了变化，应该重新去获取迭代器
            // 但是，循环下一次的时候并没有重新获取迭代器，所以会出现异常：java.util.ConcurrentModificationException
            // 出异常根本原因是：集合中元素删除了，但是没有更新迭代器（迭代器不知道集合变化了）
            //c2.remove(o); // 直接通过集合去删除元素，没有通知迭代器。（导致迭代器的快照和原集合状态不同。）
            // 使用迭代器来删除可以吗？
            // 迭代器去删除时，会自动更新迭代器，并且更新集合（删除集合中的元素）。
            it2.remove(); // 删除的一定是迭代器指向的当前元素。
            System.out.println(o);
        }
 
        System.out.println(c2.size()); //0

3. 初始化

无参初始化

  • 无参构造初始化:内部数组初始化成空数组
java 复制代码 
//		1.无参构造初始化:内部数组初始化成空数组
		ArrayList<String> list1 =new ArrayList<String>();

有参初始化

  • ArrayList（int initialCapacity）初始化成长度为指定容量的Object[]数组
java 复制代码 
//		2.ArrayList（int initialCapacity）初始化成长度为指定容量的Object[]数组
		ArrayList<String> list2 =new ArrayList<String>(10);
		System.out.println(list2.size());//0

  • ArrayList（Collection<? extends E> c) 内部的数组被集合进行初始化

    java 复制代码 
    //		3.ArrayList（Collection<? extends E> c) 内部的数组被集合进行初始化
		ArrayList<String> list3=new ArrayList<String>(Arrays.asList("abc","def"));
		System.out.println(list3);//[abc, def]

五、ArrayList底层源码解析及扩容机制(⭐)

List的主要实现类，底层使用Object[]存储，适用于频繁的查找工作，线程不安全。

【特点】

  • **增删慢：**每次删除元素，都需要更改数组长度、拷贝以及移动元素位置；
  • **查询快：**由于数组在内存中是一块连续空间，因此可以根据地址+索引的方式快速获取对应位置上的元素。

【数据结构】

底层是基于数组实现的，随着元素的增加而动态扩容

使用场景：适合数据连续性遍历，读多写少的场景

java 复制代码 
		ArrayList<String> list = new ArrayList<String>(0);
		
		//第一次往无参构造的数组list中添加元素的时候，数组首次扩容10
		list.add("zkt");
		list.add("zkt");
		list.add("zkt");
		list.add("zkt");
		list.add("zkt");
		list.add("zkt");
		list.add("zkt");
		list.add("zkt");
		list.add("zkt");
		list.add("zkt");
		
	
		//...
		//后面每次容量不足时扩容为容量的1.5倍
		list.add("张kt");
		System.out.println(list);//[zkt, zkt, zkt, zkt, zkt, zkt, zkt, zkt, zkt, zkt, 张kt]
		
		
		list.addAll(Arrays.asList("张三","李四","王五"));

扩容机制：

  1. 当需要添加元素时，ArrayList会先判断当前容量是否足够，如果不足够，则需要进行扩容操作。
  2. 扩容操作的第一步是调用方法，该方法用于确定扩容后的最小容量。
  3. 如果ArrayList为空，则选择默认容量和传入容量的较大值作为新容量。
  4. 然后调用ensureExplicitCapacity方法，该方法用于判断是否需要进行扩容操作。
  5. 在ensureExplicitCapacity方法中，修改操作次数加1，然后判断如果需要的最小容量大于当前容量，则进行扩容操作。
  6. 扩容操作的第二步是调用grow方法，该方法用于计算新的容量并进行扩容。
  7. 首先获取当前的容量，然后计算新的容量，一般是原容量的1.5倍，并向上取整。
  8. 如果新容量小于所需的最小容量，则直接使用最小容量作为新容量。
  9. 如果新容量超过了最大容量限制，则使用最大容量作为新容量。
  10. 最后，通过调用Arrays.copyOf方法，将原始数组拷贝到新数组中，实现扩容。

底层代码：

属性：

java 复制代码 
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;// 默认的初始容量是10
// 空元素数组
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};//有参构造所创建
// 默认容量的空数组
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};//无参构造所创建的
// 存储元素的数组 
transient Object[] elementData;//底层为Object类型的数组，存储的元素都在此。
// 集合容量
private int size;

构造方法 ：

空参构造：

构造一个初始容量的空数组。

java 复制代码 
// 1.构造一个初始容量的空数组。
public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

单参（int）构造：

如果参数initialCapacity大于0，给elementData 初始化为长度为initialCapacity的数组；若等于0，初始化为一个长度为0的数组；若小于0则抛出异常

java 复制代码 
// 2.构造具有指定初始容量的数组。
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);
    }
}

单参（Collection）构造：

传入容器参数，将c容器内的内容赋值给elementData，如果c无内容，则将一个空数组赋值给elementData,同时初始化数组长度size

java 复制代码 
//3.构造一个包含指定集合的元素的列表，按照它们由集合的迭代器返回的顺序
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
    // 将集合构造中的集合对象转成数组
    Object[] a = c.toArray();
    if ((size = a.length) != 0) {
        if (c.getClass() == ArrayList.class) {
            // 类型为ArrayList则直接赋值
            elementData = a;
        } else {
            //如果不一样,使用Arrays的copyOf方法进行元素的拷贝
            elementData = Arrays.copyOf(a, size, Object[].class);
        }
    } else {
        // replace with empty array.
        elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
}

扩容源码：

进入add方法：

先执行ensureCapacityInternal确保数组elementData的容量足够，再将e添加进elementData

java 复制代码 
// 添加一个元素
public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;//e 操作对象;  elementData 底层操作的数组;size 默认大小0
        return true; 
}

进入ensureCapacityInternal方法：

其中calculateCapacity方法返回elementData需要的最低长度，该整数作为参数传入ensureExplicitCapacity方法中，用于判断是否需要扩容

java 复制代码 
// 1.主体函数
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    // 对容量进行判断
    ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}

进入calculateCapacity方法：

如果elementData 为空，则返回max(10, minCapacity)，否则直接返回minCapacity

java 复制代码 
// 2.通过最小容量和默认容量求出较大值 (主要用于第一次扩容：如果是无参构造方式创建的数组对象，第一次添加元素的时候扩容到大小为10)
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }
    return minCapacity;
}

进入ensureExplicitCapacity方法：

如果elementData所需的最小长度大于目前实际的长度，则进入grow方法，进行扩容

java 复制代码 
// 3.判断是否需要进行扩容
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    // 实际修改集合次数+1 (在扩容的过程中没用,主要是用于迭代器中)
    modCount++;
    // 判断当前最小容量是否大于数组长度
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        // 将计算出来的容量传递给核心扩容方法
        grow(minCapacity);
}

进入grow方法：

新数组长度=max(旧数组长度*1.5，数组所需最低长度)。如果新数组长度过大（大于Integer.MAX_VALUE - 8），进入hugeCapacity

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// 4.核心扩容方法
private void grow(int minCapacity) {
    // 记录数组的实际长度
    int oldCapacity = elementData.length;
    // 核心扩容算法，原容量的1.5倍
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    // 判断新容量是否小于当前最小容量（第一次调用add方法必然小于）
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    
    // 判断新容量是否大于最大数组长度,如果
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        
        // 条件满足就计算出一个超大容量
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);

    // 调用数组工具类方法,创建一个新数组,将新数组的地址赋值给elementData
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

进入hugeCapacity方法：

如果minCapacity溢出，抛出异常，否则返回一个合法的大的值

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private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
    }

总结：

ArrayList扩容的本质就是计算出新的扩容数组的size后实例化，并将原有数组内容复制到新数组中去。（不是原数组，而是新数组然后给予数组对象地址）。

默认情况下，新的容量会是原容量的1.5倍。 新容量=旧容量右移一位（相当于除于2）在加上旧容量

ArrayList 的底层是用动态数组来实现的 。我们初始化一个ArrayList 集合还没有添加元素时，其实它是个空数组，只有当我们添加第一个元素时，内部会调用扩容方法并返回最小容量10，也就是说ArrayList 初始化容量为10。 当前数组长度小于最小容量的长度时 （前期容量是10，当添加第11个元素时就就扩容），便开始可以扩容了，ArrayList 扩容的真正计算是在一个grow()里面，新数组大小是旧数组的1.5倍，如果扩容后的新数组大小还是小于最小容量，那新数组的大小就是最小容量的大小，后面会调用一个Arrays.copyof方法，这个方法是真正实现扩容的步骤。

小结

Collection(I) 单例，一个一个的存储

List集合(I)有序，可重复

实现类：ArrayList：

所属的包： java.util.*

构造方法：

  • ArrayList<E>()
  • ArrayList<E>(int init)
  • ArrayList<E>(Collection<E> c)

添加元素：

  • boolean add(E)---添加元素到集合的末尾
  • void add(index,E)---添加元素到指定的位置
  • boolean addAll(Collection c)---添加集合到集合的末尾
  • boolean addAll(int　index,Collection c)---添加集合到集合的末尾

查看元素：

  • boolean contains(E) --- 是否包含某个元素
  • int indexOf(Object c)--- 查找某个元素存在的下标位置
  • E get(int index)---查找对应的下标元素
  • boolean isEmpty()
  • size() -- 查看元素个数
  • List<E> subList(int for,int end)--截取集合
  • boolean equals()--

修改元素：oldValue set(int index,E newElement)

删除元素：

  • E remove(int index)
  • boolean remove(Object obj)
  • clear()
  • boolean removeAll(Collection c)
  • boolean retainAll(Colleciont c)

其他方法:

  • clone()克隆一个集合
  • sort(Comparator) 排序
  • Object[] toArray()
  • T[] toArray(T[])

元素遍历：

  • for
  • foreach
  • 普通迭代器 Iterator it = list.iterator();
  • hasNext
  • next
  • list迭代器：ListIterator it = list.listIterator(9);

LinkedList

Vector

Stack

Set集合(I)无序，不可重复

Queue队列(I)先进先出

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