Java集合中的ArrayList

        今天我们来聊聊Java集合中的ArrayList，说起集合在我们编码过程中使用频率最高的了。这一点大家没有异议吧，接下来我们由浅入深逐步认识一下ArrayList。

1.Java集合的设计

设计层次 继承接口

        上图是Java集合的设计层次和java类继承接口列表，Java设计策略先由接口定义集合应该具有的功能，接口设计完成后在具体类中实现具有这些功能的类。另外java集合提供了Collections工具类，它已经实现了对集合排序，遍历等算法，我们可以使用它，快速的完成集合的排序、遍历等功能。同样我们今天要聊到的ArrayList他继承List，拥有Collection接口定义的功能，同样可以使用Collections工具类对集合进行排序、遍历等。

2.ArrayList源码分析

        关于ArrayList的原理，通过查看package java.util.ArrayList实现，下面截图部分是ArrayList的两个构造方法，一个是无参数一个是带有长度参数构造方法的代码，阅读代码我们可以发现ArrayList的底层是基于一个Object数组实现的。

ArrayList无参构造函数 ArrayList带有长度的参构造函数

        既然知道了ArrayList底层是数组，故ArrayList拥有数组同样特性，比如可以通过索引获取指定位置的数据，也可以使用indexOf找到某个对象的索引位置。既然是数组在初始化创建对象的时候必须指定长度。

ArrayList默认长度

3.ArrayList扩容原理

        源码中指定ArrayList的默认初始大小为10的数组，长度为10的Object数组很容易就装满了，如果增加的元素个数超过了10个，那么ArrayList底层会新生成一个数组，长度为原来数组的1.5倍+1，然后将原数组的内容复制到新数组中，并且后续增加的内容都会放到新数组当中，当新数组无法容纳增加的元素时，重复该过程。下图可以看到ArrayList扩容过程

ArrayList扩容过程

        JVM操作自动扩容的时候非常消耗性能，所以在选取使用ArrayList的时候最好事先估算一下它的长度，然后创建对象的时候传入估算的值。尽量避免ArrayList自动扩容，也有人会这样考虑，初始化ArrayList指定一个足够大的数据，虽然避免的自动扩容，但是造成内存的浪费。ArrayList既然是事先分配的数组，分配的数组每个项的长度是固定的，那么如何使用ArrayList存放复杂的对象呢？

4.ArrayList数据存储原理

        ArrayList是一个Object数组，如果ArrayList存放基本类型，可以直接存放到数组中，但使用ArrayList存放对象，事先分配的Object无法存放形式和大小各异的对象，那么ArrayList进行了优化，在ArrayList集合中存放的是对象的引用，而不是对象本身。

ArrayList存储对象

        ArrayList巧妙的使用存对象引用的方法解决了复杂对象的存取问题，这样的设计类似C++的指针，存取的索引地址可以方便方位索引位置的对象信息。

5.ArrayList插入和查询数据原理

        接下来我们透过ArrayList的具体方法操作，看ArrayList是如何进行元素的收集的，因为ArrayList底层本质是数组，且实现了List接口，使用中可以方便调用List接口定义的add()功能向ArrayList添加内容。

ArrayList添加内容

        可以发现，向ArrayList中插入数据，如果插入的数据位于数组末尾性能非常快，但是向数组中间插入就需要将插入位置后面的所有数据顺序后移，非常消耗性能，同理remove 集合ArrayList中的一个数据，也会导致冗长的移位操作，性能消耗得不偿失。所以对于ArrayList最好不要轻易改变带索引的数据。

        知道了数据的增删之后，再来看看ArrayList进行数据访问是如何实现的？下图是ArrayList定义的获取值的方法

ArrayList通过索引获取对象

        代码中ArrayList需要传入索引地址，方法定义通过索引随机访问数组索引位置的数据。它的访问时间复杂度O(1)，性能非常的快。所以ArrayList适合一次加载多次访问的数据非常的适合。既然ArrayList在查询方面性能如此适合，那么可以直接使用ArrayList做多线程公共数据的查询服务吗？答案是不可以的。

6.ArrayList安全性浅析和应对方法

        因为ArrayList是线程不安全的，ArrayList的操作并非是原子性的，通读ArrayList代码并没有实现线程同步机制的加锁约束。ArrayList添加一个元素的时候，需要两个步骤，第一步在Items[Size]的位置存放此元素，第二步增大Size的值，在单线程运行的情况，这两个步骤是顺序执行的，互相不会影响。但是如果有两个线程去操作呢？

        线程A在0的位置赋了一个值，然后停下来，B线程ArrayList 0的位置又赋了一个值，其实是重复在一个位置赋值，然后回到A线程，执行Size增加，也就是ArrayList的大小增加了，原来Size是1，现在变成2，然后停下来继续执行线程B，又增加了一个空间位置，size大小就变成了3，结果就是0的位置有值，1和2的索引位置都没有值实际大小是3，跟想要的结果0和1赋不同的值，结果不对。那么如何来解决这个问题呢？

        在JVM的ArrayList设计的时候给出了两个方法可以让程序员既能利用ArrayList的随机访问的高效性能，又能避免并发访问线程安全问题。

方法一、继承Arraylist，然后重写或按需求编写自己的方法，这些方法要写成synchronized，在这些synchronized的方法中调用ArrayList的方法。

方法二、使用Collections.synchronizedList的接口，如下使用：

List list =Collections.synchronizedList(new ArrayList());

方法一可以实现，但是对于程序开发者来说加大了工作难度，列在这里供参考。为了使用方便推荐直接使用方法二，因为Collections.synchronizedList已经实现了ArrayList的线程安全，所以不用重复造轮子了。

        通过今天的分享希望大家对ArrayList有深入的了解。