Java面试重点–ArrayList 底层结构和证明采用Arraylist无参构造器的扩容机制

先说明ArrayList的底层结构和操作分析

1、ArrayList的底层结构是一个Object[] elementData，即一个Object类型的数组。
2、创建ArrayList对象时，如果采用的是无参构造器，则数组初始空间为0，第一次添加数组空间扩容至10，如需再次扩容，则扩容至原数组空间的1.5倍。
3、如果采用的是有参构造器，则数组初始空间为传入的参数值，如需再次扩容，则扩容至原数组空间的1.5倍。
4、添加元素的顺序与取出元素的顺序相同。
5、每个元素都有对应的索引，即可以通过索引查找元素。
6、ArrayList可以添加多个null，也可以添加相同元素。

ArrayList 底层源码分析

证明ArrayList的底层结构是一个Object类型的数组

1、Debug进入ArrayList arrayList = new ArrayList(），分析ArrayList的底层结构

    public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

2、再进入elementData，我们可以看见ArrayList的底层结构是一个Object[] elementData，即一个Object类型的数组。

    transient Object[] elementData;

3、因为采用的是无参构造器，所以数组初始空间为0，为了证实我们进入DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA。

	private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

4、如果采用的是有参构造器，例如：ArrayList arrayList1 = new ArrayList(8);，Debug进入

    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);
        }
    }

此时initialCapacity = 8，满足第一个if条件，所以elementData的初始空间为8。

证明采用Arraylist无参构造器的扩容机制

在ArrayList中加入20个元素

import java.util.ArrayList;

public class Arraylist_ {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList arrayList = new ArrayList();
        for (int i = 1; i <= 20; i++) {
            arrayList.add(i);
        }
        System.out.println(arrayList);
    }
}

添加第1个元素

1、Debug进入arrayList.add(i);

    public boolean add(E e) {
        modCount++;
        add(e, elementData, size);
        return true;
    }

i = 1，所以e = 1。modCount = 1，size = 0。
2、Debug进入add(e, elementData, size);
e = 1，s = 0，因为采用的是无参构造器，所以数组初始空间为0，所以elementData.length = 0。
所以满足s == elementData.length。

    private void add(E e, Object[] elementData, int s) {
        if (s == elementData.length)
            elementData = grow();
        elementData[s] = e;
        size = s + 1;
    }

3、Debug进入grow()
size = 0

    private Object[] grow() {
        return grow(size + 1);
    }

4、Debug再次进入grow()
minCapacity = size + 1 = 1，elementData.length = 0，所以oldCapacity = 0，elementData目前为空，DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA也是空，所以进入else语句，DEFAULT_CAPACITY = 10，minCapacity = 1，因为是Math.max，所以选择10，所以elementData扩容至10个空间。

    private Object[] grow(int minCapacity) {
        int oldCapacity = elementData.length;
        if (oldCapacity > 0 || elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            int newCapacity = ArraysSupport.newLength(oldCapacity,
                    minCapacity - oldCapacity, /* minimum growth */
                    oldCapacity >> 1           /* preferred growth */);
            return elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
        } else {
            return elementData = new Object[Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity)];
        }
    }

所以证明了创建ArrayList对象时，如果采用的是无参构造器，第一次添加数组空间扩容至10。

添加第11个元素

1、Debug进入arrayList.add(i);
e = 11，modCount = 11，size = 10。

    public boolean add(E e) {
        modCount++;
        add(e, elementData, size);
        return true;
    }

2、Debug进入add(e, elementData, size);
e = 11，s = 10，因为已经添加了10个元素，所以elementData.length = 10，所以满足s == elementData.length

    private void add(E e, Object[] elementData, int s) {
        if (s == elementData.length)
            elementData = grow();
        elementData[s] = e;
        size = s + 1;
    }

3、Debug进入grow()
size = 10

    private Object[] grow() {
        return grow(size + 1);
    }

4、Debug再次进入grow()
minCapacity = size + 1 = 11，elementData.length = 10，所以oldCapacity = 10，所以满足oldCapacity > 0，进入if语句。
oldCapacity = 10，minCapacity – oldCapacity = 1，oldCapacity >> 1 = 5

    private Object[] grow(int minCapacity) {
        int oldCapacity = elementData.length;
        if (oldCapacity > 0 || elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            int newCapacity = ArraysSupport.newLength(oldCapacity,
                    minCapacity - oldCapacity, /* minimum growth */
                    oldCapacity >> 1           /* preferred growth */);
            return elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
        } else {
            return elementData = new Object[Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity)];
        }
    }

5、Debug进入newLength方法
oldLength = 10，minGrowth = 1，prefGrowth = 5，所以newLength = prefGrowth + oldLength = 15，满足if条件，返回15，所以newCapacity = 15。

    public static int newLength(int oldLength, int minGrowth, int prefGrowth) {
        // assert oldLength >= 0
        // assert minGrowth > 0

        int newLength = Math.max(minGrowth, prefGrowth) + oldLength;
        if (newLength - MAX_ARRAY_LENGTH <= 0) {
            return newLength;
        }
        return hugeLength(oldLength, minGrowth);
    }

6、返回grow()方法，执行return elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);，进行数组的拷贝，所以elementData数组扩容至15，所以证明了创建ArrayList对象时，如果采用的是无参构造器，如需再次扩容，则扩容至原数组空间的1.5倍。