Java 集合框架之----ArrayList

ArrayList

1. ArrayList<Integer> list=new ArrayList<Integer> ();用无参构造法创建对象后，这个对象不是null。而是一个有效存在的实例，只不过元素数组为空。
   ArrayList里面可以存放null元素。

2. Integer.MAX_VALUE 是 Java 中 int 类型的最大值，等于 2^31 - 1（即 2147483647）。
   MAX_ARRAY_SIZE 是 ArrayList 中定义的常量，值为 Integer.MAX_VALUE - 8

• 为什么需要区分：
  这个设计与 Java 虚拟机的内存分配机制有关：
  • 数组在内存中存储时，除了元素本身，还需要额外的空间存储数组的元数据（如长度等）
  • 对于某些虚拟机实现，如果数组容量达到 Integer.MAX_VALUE，可能没有足够空间存储元数据，导致内存分配失败
  • MAX_ARRAY_SIZE 预留了 8 个字节的空间，避免这种情况
• 三目运算符的作用：

  return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE;
  

  • 当所需容量超过 MAX_ARRAY_SIZE 时，尝试使用 Integer.MAX_VALUE（尽最大可能分配）
  • 否则使用 MAX_ARRAY_SIZE（安全的最大容量）

这个逻辑既保证了在大多数情况下的内存分配安全性，又在极端情况下尽可能满足大容量需求，是一种平衡设计。如果直接使用 Integer.MAX_VALUE 作为统一上限，在某些虚拟机环境下可能导致更多的内存分配失败。

3. ensureCapacityInternal(int minCapacity) 是 Java 中 ArrayList 类的核心方法之一，它的主要作用是确保内部存储数组（elementData）有足够的容量来容纳至少 minCapacity 个元素，是实现动态扩容机制的关键步骤。

具体来说，这个方法的工作流程和作用如下：

• 特殊空数组的处理
  首先检查当前内部数组 elementData 是否是 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA（即通过无参构造函数创建的初始空数组）。
  如果是，则将 minCapacity 修正为「默认容量（通常是 10）」和「传入的 minCapacity」中的较大值。
  这一步的目的是：对于无参构造的 ArrayList，第一次添加元素时会自动应用默认容量（10），避免初始容量过小导致频繁扩容。

• 触发显式扩容检查
  调用 ensureExplicitCapacity(minCapacity) 方法，进一步判断是否需要扩容：

  • 如果 minCapacity 大于当前 elementData 的长度（即现有容量不足），则触发 grow() 方法进行实际扩容。
  • 同时会更新 modCount（记录结构性修改次数），用于支持快速失败（fail-fast）机制。

简单说，这个方法是 ArrayList 扩容的「前置处理器」：它先根据集合的初始化方式（无参/有参构造）调整最小需求容量，再决定是否需要执行实际的扩容操作，最终保证集合有足够空间存储元素。

4. Collection<? extends E> c 是 Java 泛型中的一种通配通配符（Upper Bounded Wildcard）语法，表示一个元素类型是 E 或 E 的子类的集合。

具体含义拆解：

• Collection：表示这是一个集合接口（如 List、Set 等都实现了该接口）
• <? extends E>：泛型通配符，表示集合中的元素类型必须是 E 类型或者 E 的子类（例如 E 是 Number，则可以接受 Integer、Double 等类型的集合）
• c：参数名称，代表传入的集合对象

这个泛型约束的作用：

• 保证类型安全：确保添加到当前 ArrayList 中的元素类型与集合的泛型类型 E 兼容
• 提高灵活性：允许传入任何 E 类型子类的集合，比如 ArrayList<Number> 可以接收 ArrayList<Integer> 作为参数
• 限定只读性：由于使用了 ? extends E，在方法内部不能向集合 c 中添加元素（除了 null），只能读取其中的元素

举例说明：
如果有 ArrayList<Number> list，那么：

• 可以传入 ArrayList<Integer> 作为参数（因为 Integer 是 Number 的子类）
• 可以传入 ArrayList<Double> 作为参数（因为 Double 是 Number 的子类）
• 但不能传入 ArrayList<String> 作为参数（类型不兼容）

这种泛型写法既保证了类型安全，又为方法调用提供了灵活性，是 Java 集合框架中常见的设计模式。

5. remove

 private void fastRemove(int index) {modCount++;int numMoved = size - index - 1;if (numMoved > 0)System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,numMoved);elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work}

用快拷贝的方式将index+1后面的元素拷贝到index中，再把原先最末尾的指针置为null，便于垃圾回收器回收。

6. Itr 内部类是 ArrayList 实现的迭代器（Iterator），主要作用是提供对 ArrayList 元素的遍历功能，同时保证遍历过程中的线程安全（通过快速失败机制）。

具体来说，Itr 内部类的核心功能和设计目的如下：

• 实现迭代器接口（Iterator）
  Itr 实现了 Iterator<E> 接口，必须重写三个核心方法：

  • hasNext()：判断是否还有下一个元素（通过 cursor != size 实现，cursor 是下一个要返回的元素索引）
  • next()：返回下一个元素，并移动游标（cursor 自增）
  • remove()：删除当前迭代到的元素（通过调用 ArrayList 的 remove 方法实现）

• 支持集合的安全遍历
  Itr 通过以下机制保证遍历的安全性：

  • 游标跟踪：用 cursor 记录下一个要访问的元素位置，lastRet 记录上一个访问的元素位置，确保遍历顺序正确。
  • 快速失败（fail-fast）：
    迭代器初始化时会记录当前 ArrayList 的 modCount（赋值给 expectedModCount），每次调用 next()、remove() 等方法时，都会通过 checkForComodification() 检查 modCount 是否与 expectedModCount 一致。
    如果不一致（表示集合在迭代过程中被结构性修改，如添加/删除元素），会立即抛出 ConcurrentModificationException，避免遍历一个已被修改的、可能不一致的集合。

• 优化遍历性能
  Itr 被注释为「An optimized version of AbstractList.Itr」，相比父类的迭代器实现，它直接访问 ArrayList 的内部数组 elementData，减少了中间调用开销，提升了遍历效率。

• 支持函数式遍历
  forEachRemaining(Consumer<? super E> consumer) 方法允许通过 Lambda 表达式遍历剩余元素，例如：

list.iterator().forEachRemaining(element -> System.out.println(element));