JDK成长记4：ArrayList常用方法源码探索（下）
写在前面的话
有的同学问我，开始讲的很基础，节奏比较慢，这个是因为一个为了让大家慢慢进入状态，后面的节奏会越来越快的，大家不要着急，另一个是因为简单的东西重复，温故而知新，更希望给你们带来的是思想和观念的成长，这个需要铺垫。这个有点像练武功，要想练就高深的武功,需要循序渐进，不然很容易走火入魔的，所以要把根基打扎实，不能着急。这里剧透下，后面会给大家带来一个一个绝世功法：《HDFS成长记》、《ZK成长记》、《Spring Cloud Alibaba成长记》、《Spring Cloud 成长记》、《Kafka成长记》、《Redis成长记》、《MySQL成长记》等等。也会有一些基础心法，比如《Netty 成长记》、《JVM成长记》《OS 成长记》、《网络成长记》等等。
好了，不多说了，让我们开始吧！
通过之前的三节，相信你已经对ArrayList中大多方法的底层逻辑都有了很深入的了解，最为ArrayList的最后一节，这节跟大家看下ArrayList的遍历和一些高级方法的底层原理，最后让你可以对ArrayList底层了如执掌，面对各种ArrayList的面试题能对答如流，甚至可以手撸一个ArrayList的代码出来。
ArrayList的遍历到底有什么猫腻呢？
ArrayList的遍历到底有什么猫腻呢？
当你使用ArrayList的时候，最常用的除了add方法，是不是就是for循环的遍历。一般你遍历ArrayList，无非就是一下几种方法：
import java.util.ArrayList; import java.util.Iterator; import java.util.List; public class ArrayListDemo { public static void main(String[] args) { List<String> hostList = new ArrayList<>(3); hostList.add("host1"); hostList.add("host2"); hostList.add("host3"); //方法1 for (int i = 0; i < hostList.size(); i++) { System.out.println(hostList.get(i)); } //方法2 for (String host : hostList) { System.out.println(host); } //方法3 for (Iterator<String> iterator = hostList.iterator(); iterator.hasNext();) { String host = iterator.next(); System.out.println(host); } //方法4 hostList.forEach(host->System.out.println(host)); //方法5 这种遍历涉及stream底层源码，这里我们不做过多探索 hostList.stream().forEach(host->System.out.println(host)); } } 复制代码方法1，这种方式使用了for循环，通过get方法访问元素，你应该知道底层就是数组基本操作elementData[index]。
方法2底层其实和方法3是一模一样的，只不过方法2只是一种便捷的语法糖而已，方便让你使用。
方法4底层和方法1是一样的，都是用来for循环+数组基本操作elementData[index]。
方法5 是通过Java8 stream的API进行forEach，这里我们不做过多探索，一般也不建议这么使用，不如使用方法4有效率。
所以值得你探索的两个方法是方法3和方法4的源码，先看下forEach的源码：
@Override public void forEach(Consumer<? super E> action) { Objects.requireNonNull(action); final int expectedModCount = modCount; @SuppressWarnings("unchecked") final E[] elementData = (E[]) this.elementData; final int size = this.size; for (int i=0; modCount == expectedModCount && i < size; i++) { action.accept(elementData[i]); } if (modCount != expectedModCount) { throw new ConcurrentModificationException(); } } 复制代码直接看到核心脉络就是for循环，通过数组基本操作elementData[index]访问数组获取到对应元素，传递给了Java8的Consumer函数表达式，执行对应的逻辑。这个和你自己写for循环，执行自己的逻辑是不是一样的，所以说这种方法和之前的方法1本质没有什么区别，也就是换了一个语法糖而已。
方法1和方法4的源码原理，如下图：
我们再看看方法3 Iterator的源码：
for (Iterator<String> iterator = hostList.iterator(); iterator.hasNext();) { String host = iterator.next(); System.out.println(host); } 复制代码根据for循环执行逻辑，第一句执行的方法应该是hostList.iterator()，你可以在ArrayList的源码中看到这个方法：
public Iterator<E> iterator() { return new Itr(); } 复制代码可以看到直接返回了一个new Itr()对象，这个类不知道你还有没有印象？记得第一节看ArrayList的源码脉络的时候，有几个内部类，其中是不是就有一个lrt类。如下图所示：
没错，这个就是我们常称的迭代器，他是集合中常见的遍历工具。你可以接着往下看：
private class Itr implements Iterator<E> { Itr() {} // 省略无关代码 } 复制代码你会发现构造函数什么都没有做。那么for循环接着执行条件表达式iterator.hasNext();即如下代码：
private int size; private class Itr implements Iterator<E> { int cursor; public boolean hasNext() { return cursor != size; } // 省略无关代码 } 复制代码这里意思是如果cursor的值和数组大小不相等，就返回false。cursor是int类型，所以默认值是0。上面的Demo中，size=3，第一次遍历肯定cursor=0 != size=3所以直接返回true。
源码原理如下所示：
之后for循环执行循环体，会执行Stringhost = iterator.next();这句话的源码如下：
private int size; transient Object[] elementData; private class Itr implements Iterator<E> { int cursor; int lastRet = -1; public E next() { checkForComodification(); int i = cursor; if (i >= size) throw new NoSuchElementException(); Object[] elementData = ArrayList.this.elementData; if (i >= elementData.length) throw new ConcurrentModificationException(); cursor = i + 1; return (E) elementData[lastRet = i]; } final void checkForComodification() { if (modCount != expectedModCount) throw new ConcurrentModificationException(); } // 省略无关代码 } 复制代码还是先看下脉络，首先checkForComodification应该是在做并发访问检查，使用i变量保存了cusor值，之后if在做了校验，再之后获取到了ArrayList的elementData数组，再次做了并发访问检查，之后修改了下cursor 值，将i的值赋值给了lastRet变量，并且通过下标访问了下数组，最后就返回了。看上去是不是有点找不到重点？让我们抓大放小下，其实去掉并发校验和普通校验，代码逻辑就很清楚了，就会变成如下所示：
private int size; transient Object[] elementData; private class Itr implements Iterator<E> { int cursor; int lastRet = -1; public E next() { int i = cursor; Object[] elementData = ArrayList.this.elementData; cursor = i + 1; return (E) elementData[lastRet = i]; } // 省略无关代码 } 复制代码只有四行代码是不是就个很清晰了？你还可以在画个图：
执行过程就如左边的图所示，结果就是如右图所示。通过抓大放小和画图，是不是对源码的思路就清晰很多了？
执行完成一次循环后，Itr变量如下图所示：
ltr的next()方法本质其实就是通过一个内部cursor变量，每次向后遍历数组时，保存遍历数组的位置，通过数组基本的下标访问元素返回而已，这下你就掌握了ArrayList迭代器的本质或者说是底层原理了吧。
ArrayList竟然有一个优化后的迭代器！
ArrayList竟然还有一个优化后的迭代器！
看过了各种遍历方式的源码，大家不知道有什么感觉？是不是感觉也没有神秘的，其实原理很简单，让你自己写一个类似的功能是不是就可以参考这个思路呢？但是不知道你有没有发现ArrayList还有一个迭代器叫做ListItr的内部类，它优势做什么的呢？
直接可以看下源码：
private class ListItr extends Itr implements ListIterator<E> { ListItr(int index) { super(); cursor = index; } public boolean hasPrevious() { return cursor != 0; } public int nextIndex() { return cursor; } public int previousIndex() { return cursor - 1; } @SuppressWarnings("unchecked") public E previous() { checkForComodification(); int i = cursor - 1; if (i < 0) throw new NoSuchElementException(); Object[] elementData = ArrayList.this.elementData; if (i >= elementData.length) throw new ConcurrentModificationException(); cursor = i; return (E) elementData[lastRet = i]; } // 省略无关代码 } 复制代码从可以发现它继承了Itr这个类,之后你可以根据方法名字连蒙带猜下，可以猜到它只是实现了向前遍历的功能而已，因为正常情况的迭代器是只能向后迭代，不能向前访问的。但是你可以通过这个ListItr迭代器实现向前访问。比如：
public static void main(String[] args) { List<String> hostList = new ArrayList<>(3); hostList.add("host1"); hostList.add("host2"); hostList.add("host3"); //方法3 for (ListIterator<String> iterator = hostList.listIterator(); iterator.hasNext();) { System.out.println(iterator.next()); System.out.println(iterator.next()); System.out.println(iterator.previous()); break; } } 复制代码结果会输出如下：
host1
host2
host2
其实这是一个优化后的迭代器，可以向前向后移动cursor，previous()源码逻辑和next()向后移动没什么区别。你到这里就可以总结下：
1. ArrayList有两个迭代器Itr和ListItr，一个可以向后迭代，一个可以既向前又向后迭代访问ArrayList。(其实ArrayList父类AbstractList有2个通用的迭代器，和这个原理是一样的，大家有兴趣可以去看看，如果子类没有自定义自己的迭代器，会使用父类的迭代器。)
2. 这两个迭代器不是并发安全的，如果有别的线程修改modCount，通过fail-fast机制，迭代访问会抛出ConcurrentModificationException，并发修改的异常，中断迭代。
3. 遍历List的思想万变不离其宗，主要就是通过for循环+下标的方式或者指针移动的两种方式实现思路而已。
ArrayList的高级方法探索
ArrayList的高级方法探索
最后你还需要来看下ArrayList的一些高级方法的源码，这里建议你看下它内部提供的toArray方法、subList方法的源码。至于其他的addAll()、indexof()之类的方法大家可以自行去看下。这里主要看下toArray和subList相关的内部类和方法，它们主要有如下脉络：
可以先看下toArray方法的源码：
public Object[] toArray() { return Arrays.copyOf(elementData, size); }} public <T> T[] toArray(T[] a) { if (a.length < size) // Make a new array of a's runtime type, but my contents: return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass()); System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size); if (a.length > size) a[size] = null; return a; } 复制代码第一个toArray方法的源码，底层直接使用了Arrays.copyOf。你应该知道它底层其实就是使用System.arraycopy方法，拷贝的元素个数是size个，也就是全部元素到一个copy数组中，之后就直接返回了。
第二个T[]toArray(T[] a)，需要你传递一个目标数组，它内部有两个if判断，根据目标数组大小，拷贝元素。
如果目标数组比ArrayList的数据少，通过Arrays.copyOf扩容成和ArrayList一样大小的数组返回。
如果目标数组比当前ArrayList的大，就直接用System.arraycopy拷贝ArrayList中所有元素，目标数组多余元素置为null。
toArray方法本质就是使用System.arraycopy从ArrayList的Obeject数组拷贝元素到新数组。
原理图如下：
之后我们再看下subList方法，可以先写个demo体验下：
public static void main(String[] args) { List<String> hostList = new ArrayList<>(3); hostList.add("host1"); hostList.add("host2"); hostList.add("host3"); List<String> subList = hostList.subList(1,2); System.out.println(subList); System.out.println(hostList); subList.set(0, "host4"); System.out.println(subList); System.out.println(hostList); } 复制代码为什么呢？可以看源码来找下原因。这就是阅读源码的好处之一。因为很多时候当你线上遇到技术问题的时候，你对源码很熟悉，就能很快定位问题原因，解决问题。当你技术调研的时候，选型后，最好要摸下你选的技术的源码，当使用除了问题你也能hold住，是不是？
subList的源码如下：
public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) { subListRangeCheck(fromIndex, toIndex, size); return new SubList(this, 0, fromIndex, toIndex); } 复制代码和Itr类似，创建了一个内部类SubList的对象。继续点进去看下：
private class SubList extends AbstractList<E> implements RandomAccess { private final AbstractList<E> parent; private final int parentOffset; private final int offset; int size; SubList(AbstractList<E> parent, int offset, int fromIndex, int toIndex) { this.parent = parent; this.parentOffset = fromIndex; this.offset = offset + fromIndex; this.size = toIndex - fromIndex; this.modCount = ArrayList.this.modCount; } public E set(int index, E e) { rangeCheck(index); checkForComodification(); E oldValue = ArrayList.this.elementData(offset + index); ArrayList.this.elementData[offset + index] = e; return oldValue; } public E get(int index) { rangeCheck(index); checkForComodification(); return ArrayList.this.elementData(offset + index); } public int size() { checkForComodification(); return this.size; } public void add(int index, E e) { rangeCheckForAdd(index); checkForComodification(); parent.add(parentOffset + index, e); this.modCount = parent.modCount; this.size++; } public E remove(int index) { rangeCheck(index); checkForComodification(); E result = parent.remove(parentOffset + index); this.modCount = parent.modCount; this.size--; return result; } //省略其他方法 } 复制代码可以看出来在构造函数的传入了this, new SubList(this, 0, fromIndex, toIndex);而这个this就是ArrayList创建的对象本身，将this赋值给了Sublist的一个变量：private final AbstractList parent。再看看subList的其他方法，都是基于原数组的数据进行操作，只不过是自己根据fromIndex,toIndex限定了访问范围而已。
那最终意思不就是说SubList和ArrayList共用了通过Object[]数组的数据么，所以当修改的时候都会变化。这是你使用subList一定要要注意的。
源码原理图如下所示：
到这里，ArrayList的源码你应该掌握了大部分了，但是记住还是那句话，重要的不是知识和技能本身，你更应该需学会的是看源码的思想和技巧，解决问题的思路和方法。
ArrayList的小结
ArrayList小结
对了这里，附加一个小结，总结也是非常重要的思想。后面我会逐渐讲到。学完ArrayList你如果已经掌握了如下内容，就非常好了。
知识和技能
ArrayList底层数据结构是Objec[]数组，优点是便于随机访问，常用语向尾部添加元素后，遍历访问。缺点是频繁扩容或者中间增加数据，删除数据会造成拷贝，影响性能。
ArrayList默认初始化大小为0，第一次添加元素时，大小初始为10。
ArrayList第一次添加就会产生扩容，为10，之后每次扩容大小为原来的1.5倍。内部通过右移1位进行扩容大小的计算的。
ArrayList add元素到尾部发生的扩容时或add元素到某个位置时，又或者删除元素时，会发生数组拷贝，底层通过system.copyOf实现拷贝功能。
ArrayList不是线程安全的，多线程操作，在遍历和removeIf等时候，会触发fail-fast机制，通过modCount来实现的。
掌握了基本的基本方法和高级方法toArray、subList、迭代器Itr、ListItr等底层源码的原理
观念和思想
学会了先脉络后细节、抓大放小、连蒙带猜等阅读源码的思想
学会了画图、举例子分析问题的方法
有了成长比成功更重要、榜样比说服力更重要、改变自己比改变别人更重要、借力比努力更重要的观念
金句甜点
金句甜点
除了今天知识，技能的成长，给大家带来一个金句甜点，结束我今天的分享：借力比努力更重要。
一个人的努力固然很重要，但是很多时候借力更重要。就像有句名言所说：站在巨人的肩膀上。这个不是真的站在某个人的肩膀上，而是指的前人的智慧和经验上很重要。就比如有一次我参加公司的晋升演讲，自己做好了PPT，还练习了几次，觉得肯定没有问题了，就直接参加了晋升演讲评审。结果，很不幸的是，PPT右下角的公司log是去年的，公司已经更换了品牌log，最后一页的致谢的PPT，公司名称也写错了。导致有一位评审支出，后来我才知道他是人力部门的HR总监。很遗憾的由于错失了她这一票，刚好导致我落选了。其实演讲前，我的Leader跟我说过，写好了PPT要给他看一下，我当初觉得完全没必要。其实就是犯了很大一个错误，因为我的Leader的经验比我丰富，他晋升过很多次，汇报过很多次，在这方便很有见地，我没有借他的力，导致了这次失败。所以我吸取教训，下次晋升时，找了Leader，他帮我一页一页的过PPT，最终顺利的通过了晋升。
这个故事其实就告诉我们，借力比努力更重要。你一定要向比你有经验的人请教，他就是你的老师，这就是一种借力。当然选一个平台也是借力，就像大家通过成长记来成长自己，站在我的经验上少走弯路是不是一样在借力。所以欢迎大家继续关注成长记。
最后，你可以阅读完源码后，在茶余饭后的时候问问同事或同学，你也可以分享下，讲给他听听。
欢迎大家在评论区留言和我交流。
（声明：JDK源码成长记基于JDK 1.8版本，部分章节会提到旧版本特点）
作者：繁茂
链接：https://juejin.cn/post/7019530784239419422