Java中ArrayList类的用法与源码完全解析

System.Collections.ArrayList类是一个特殊的数组。通过添加和删除元素，就可以动态改变数组的长度。

一．优点
1. 支持自动改变大小的功能
2. 可以灵活的插入元素
3. 可以灵活的删除元素

二．局限性
跟一般的数组比起来，速度上差些

三．添加元素
1．publicvirtualintAdd(objectvalue);
将对象添加到ArrayList的结尾处

ArrayList aList = new ArrayList();
aList.Add("a");
aList.Add("b");
aList.Add("c");
aList.Add("d");
aList.Add("e");

内容为

abcde

2．publicvirtualvoidInsert(intindex,objectvalue);
将元素插入ArrayList的指定索引处

ArrayList aList = new ArrayList();
aList.Add("a");
aList.Add("b");
aList.Add("c");
aList.Add("d");
aList.Add("e");
aList.Insert(0,"aa");

结果为

aaabcde

3．publicvirtualvoidInsertRange(intindex,ICollectionc);
将集合中的某个元素插入ArrayList的指定索引处

ArrayList aList = new ArrayList();
aList.Add("a");
aList.Add("b");
aList.Add("c");
aList.Add("d");
aList.Add("e");
ArrayList list2 = newArrayList();
list2.Add("tt");
list2.Add("ttt");
aList.InsertRange(2,list2);

结果为

abtttttcde

四．删除
1. publicvirtualvoidRemove(objectobj);
从ArrayList中移除特定对象的第一个匹配项,注意是第一个

ArrayList aList = new ArrayList();
aList.Add("a");
aList.Add("b");
aList.Add("c");
aList.Add("d");
aList.Add("e");
aList.Remove("a");

结果为

bcde

2. publicvirtualvoidRemoveAt(intindex);
移除ArrayList的指定索引处的元素

aList.Add("a");
aList.Add("b");
aList.Add("c");
aList.Add("d");
aList.Add("e");
aList.RemoveAt(0);

结果为

bcde

3．publicvirtualvoidRemoveRange(intindex,intcount);
从ArrayList中移除一定范围的元素。Index表示索引，count表示从索引处开始的数目

aList.Add("a");
aList.Add("b");
aList.Add("c");
aList.Add("d");
aList.Add("e");
aList.RemoveRange(1,3);

结果为

代码如下:

ae

4．publicvirtualvoidClear();
从ArrayList中移除所有元素。

五．排序
1. publicvirtualvoidSort();
对ArrayList或它的一部分中的元素进行排序。

ArrayListaList=newArrayList();
aList.Add("e");
aList.Add("a");
aList.Add("b");
aList.Add("c");
aList.Add("d");
DropDownList1.DataSource=aList;//DropDownListDropDownList1;
DropDownList1.DataBind();

结果为

eabcd

ArrayListaList=newArrayList();
aList.Add("a");
aList.Add("b");
aList.Add("c");
aList.Add("d");
aList.Add("e");
aList.Sort();//排序
DropDownList1.DataSource=aList;//DropDownListDropDownList1;
DropDownList1.DataBind();

结果为

abcde

2.publicvirtualvoidReverse();
将ArrayList或它的一部分中元素的顺序反转。

ArrayListaList=newArrayList();
aList.Add("a");
aList.Add("b");
aList.Add("c");
aList.Add("d");
aList.Add("e");
aList.Reverse();//反转
DropDownList1.DataSource=aList;//DropDownListDropDownList1;
DropDownList1.DataBind();

结果为

edcba

六．查找
1.publicvirtualintIndexOf(object);
2. publicvirtualintIndexOf(object,int);
3. publicvirtualintIndexOf(object,int,int);
    返回ArrayList或它的一部分中某个值的第一个匹配项的从零开始的索引。没找到返回-1。

  ArrayList aList = new ArrayList();
  aList.Add("a");
  aList.Add("b");
  aList.Add("c");
  aList.Add("d");
  aList.Add("e");
  intnIndex=aList.IndexOf(“a”);//1
  nIndex=aList.IndexOf(“p”);//没找到，-1

4.publicvirtualintLastIndexOf(object);
5.publicvirtualintLastIndexOf(object,int);
6.publicvirtualintLastIndexOf(object,int,int);
    返回ArrayList或它的一部分中某个值的最后一个匹配项的从零开始的索引。

  ArrayList aList = new ArrayList();
  aList.Add("a");
  aList.Add("b");
  aList.Add("a");//同0
  aList.Add("d");
  aList.Add("e");
  intnIndex=aList.LastIndexOf("a");//值为2而不是0

7. publicvirtualboolContains(objectitem);
    确定某个元素是否在ArrayList中。包含返回true,否则返回false

七．其他
1．publicvirtualintCapacity{get;set;}
获取或设置ArrayList可包含的元素数。
2．publicvirtualintCount{get;}
获取ArrayList中实际包含的元素数。
Capacity是ArrayList可以存储的元素数。Count是ArrayList中实际包含的元素数。Capacity总是大于或等于Count。如果在添加元素时，Count超过Capacity，则该列表的容量会通过自动重新分配内部数组加倍。
如果Capacity的值显式设置，则内部数组也需要重新分配以容纳指定的容量。如果Capacity被显式设置为0，则公共语言运行库将其设置为默认容量。默认容量为16。
在调用Clear后，Count为0，而此时Capacity切是默认容量16，而不是0
3．publicvirtualvoidTrimToSize();
将容量设置为ArrayList中元素的实际数量。
如果不向列表中添加新元素，则此方法可用于最小化列表的内存系统开销。
若要完全清除列表中的所有元素，请在调用TrimToSize之前调用Clear方法。截去空ArrayList会将ArrayList的容量设置为默认容量，而不是零。

ArrayList aList = new ArrayList();
aList.Add("a");
aList.Add("b");
aList.Add("c");
aList.Add("d");
aList.Add("e");//Count=5,Capacity=16,
aList.TrimToSize();//Count=Capacity=5;

八.源码分析
List 接口的一个实现类，内部是用一个数组存储元素值，相当于一个可变大小的数组。

1.签名

public class ArrayList<E>
extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, Serializable

可以看到ArrayList继承了AbstractList抽象类，它实现了List接口的大多数方法。如果要实现一个不可变的List，只要继承这个类并且实现get(int)和size方法。如果要实现可变的List，需要覆盖set(int, E)。另外，如果List的大小是可变的，还要覆盖add(int, E)和remove()方法。

2.构造器
ArrayList提供了三个构造器：

ArrayList()
ArrayList(Collection<? extends E> c)
ArrayList(int initialCapacity)

Collection接口约定，每个集合类应该提供两个”标准”构造器，一个是无参数的构造器（上面第一个），另外一个是拥有单个参数（类型为Collettion）的构造器（上面第二个）。ArrayList还提供了第三个构造器，其接受一个int值，用于设置ArrayLi的初始大小（默认大小为10）。

3.相关方法

trimToSize
public void trimToSize() {
    modCount++;
    int oldCapacity = elementData.length;
    if (size < oldCapacity) {
      elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
    }
  }

用于把ArrayList的容量缩减到当前实际大小，减少存储容量。其中的变量modCount由AbstracList继承而来，记录List发生结构化修改（structurally modified）的次数。elementData中实际存储了ArrayList的元素，在ArrayList中声明为：private transient Object[] elementData;变量size是ArrayList的元素数量，当size < oldCapacity时，调用Arrays.copyOf方法实现缩减。

4.indexOf 和 lasIndexOf

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;
  }

这两个方法返回指定元素的下标，要区分参数是否为null。lastIndexOf和indexOf类似，只不过是从后往前搜索。

5.ensureCapacity

public void ensureCapacity(int minCapacity) {
    if (minCapacity > 0)
      ensureCapacityInternal(minCapacity);
  }
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    modCount++;
    // 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);
    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);
  }

这个方法可以确保ArrayList的大小

6.add 和 addAll

public void add(int index, E element) {
    rangeCheckForAdd(index);

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

add(int index, E element)向指定位置添加元素，首先调用rangeCheckForAdd检查index是否有效，如果index > size || index < 0将抛出异常。然后确保容量加1，调用System.arraycopy把从index开始的元素往后移动一个位置。最后把index处的值设置为添加的元素。还有一个重载的add(E e)方法是直接把元素添加到末尾。
addAll(Collection<? extends E> c)和addAll(int index, Collection<? extends E> c)则分别是向末尾和指定位置添加Collection中的所有元素。

7.remove 和 removeAll

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;
  }

remove(Object o)方法删除指定的元素。首先是查找元素位置，然后调用fastRemove(index)删除，其代码如下：

private void fastRemove(int index) {
    modCount++;
    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)
      //把index+1往后的元素都往前移动一个位置
      System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
               numMoved);
    elementData[--size] = null; // Let gc do its work
  }

重载的remove(int index)方法用于删除指定位置的元素。removeRange(int fromIndex, int toIndex)用于删除指定位置之间的所有元素。
removeAll(Collection<?> c)和retainAll(Collection<?> c)代码如下：

public boolean removeAll(Collection<?> c) {
    Objects.requireNonNull(c);
    return batchRemove(c, false);
  }
public boolean retainAll(Collection<?> c) {
    Objects.requireNonNull(c);
    return batchRemove(c, true);
  }

它们都是通过调用batchRemove方法实现的，其代码如下：

private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement) {
    final Object[] elementData = this.elementData;
    int r = 0, w = 0;
    boolean modified = false;
    try {
      for (; r < size; r++)
        if (c.contains(elementData[r]) == complement)
          elementData[w++] = elementData[r];
    } finally {
      // Preserve behavioral compatibility with AbstractCollection,
      // even if c.contains() throws.
      if (r != size) {
        System.arraycopy(elementData, r,
                 elementData, w,
                 size - r);
        w += size - r;
      }
      if (w != size) {
        // clear to let GC do its work
        for (int i = w; i < size; i++)
          elementData[i] = null;
        modCount += size - w;
        size = w;
        modified = true;
      }
    }
    return modified;
  }

这个方法有两个参数，第一个是操作的Collection，第二个是一个布尔值，通过设置为true或false来选择是removeAll还是retainAll。try里面的语句是把留下来的放在0到w之间，然后在finally中第二个if处理w之后的空间，第一个是在c.contains()抛出异常时执行。