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如果沒有特別說明，以下原始碼分析基於 JDK 1.8。

# 一、ArrayList

**1. 概覽**

實現了 RandomAccess 介面，因此支援隨機訪問。這是理所當然的，因為 ArrayList 是基於陣列實現的。
```
public class ArrayList<e> extends AbstractList<e>
        implements List<e>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
```
陣列的預設大小為 10。
```
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
```
**2. 擴容**

新增元素時使用 ensureCapacityInternal() 方法來保證容量足夠，如果不夠時，需要使用 grow() 方法進行擴容， 新容量的大小為 oldCapacity + (oldCapacity >> 1)，也就是舊容量的 1.5 倍。

擴容操作需要呼叫 Arrays.copyOf() 把原陣列整個複製到新陣列中，這個操作代價很高，因此最好在建立 ArrayList 物件時就指定大概的容量大小，減少擴容操作的次數。
```
public boolean add(E e) {
    //新增元素時使用 ensureCapacityInternal() 方法來保證容量足夠，
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }
    ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;
    // overflow-conscious code
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        grow(minCapacity);
}

// grow() 方法進行擴容
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:
    //這個操作代價很高，因此最好在建立 ArrayList 物件時就指定大概的容量大小，減少擴容操作的次數。
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
```
**3. 刪除元素**

需要呼叫 System.arraycopy() 將 index+1 後面的元素都向左移動一位，該操作的時間複雜度為 O(N)，可以看出 ArrayList 刪除元素的代價是非常高的。
```
public E remove(int index) {
    rangeCheck(index);
    modCount++;
    E oldValue = elementData(index);
    //index+1 後面的元素都向左移動一位 即index+1位置的後面元素個數 (size-1)-(index+1)+1
    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        //將 index+1後面的元素都向左移動一位，原來的 （index+1）位置元素就移到 index位置
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
    elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
    return oldValue;
}
```
**4. Fail-Fast**

modCount 用來記錄 ArrayList 結構發生變化的次數。結構發生變化是指新增或者刪除至少一個元素的所有操作，或者是調整內部陣列的大小，僅僅只是設定元素的值不算結構發生變化。

在進行序列化或者迭代等操作時，需要比較操作前後 modCount 是否改變， 如果改變了需要丟擲 ConcurrentModificationException。
```
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
    throws java.io.IOException{
    // Write out element count, and any hidden stuff
    //這裡 記錄操作前的 modCount
    int expectedModCount = modCount;
    s.defaultWriteObject();

// Write out size as capacity for behavioural compatibility with clone()
    s.writeInt(size);

// Write out all elements in the proper order.
    for (int i=0; i<size i="" s.writeobject="" modcount="" if="" expectedmodcount="" throw="" new="" concurrentmodificationexception="" arraylist="" elementdata="" transient="" object="" non-private="" to="" simplify="" nested="" class="" access="" writeobject="" readobject="" objectoutputstream="" private="" void="" s="" throws="" java.io.ioexception="" write="" out="" element="" count="" and="" any="" hidden="" stuff="" int="" s.defaultwriteobject="" size="" as="" capacity="" for="" behavioural="" compatibility="" with="" clone="" s.writeint="" all="" elements="" in="" the="" proper="" order.="" objectinputstream="" classnotfoundexception="" read="" s.defaultreadobject="" s.readint="" ignored=""> 0) {
        // be like clone(), allocate array based upon size not capacity
        //根據size來分配記憶體，來控制只序列化陣列中有元素填充那部分內容
        ensureCapacityInternal(size);

Object[] a = elementData;
        // Read in all elements in the proper order.
        for (int i=0; i<size i="" objectinputstream="" readobject="" a="" s.readobject="" arrays.copyof="" system.arraycopy="" arraylist="" synchronized="" public="" boolean="" add="" e="" modcount="" ensurecapacityhelper="" elementdata="" return="" true="" get="" index="" if="">= elementCount)
        throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);

return elementData(index);
}
```
**2. 與 ArrayList 的比較**

- Vector 是同步的，因此開銷就比 ArrayList 要大，訪問速度更慢。 最好使用 ArrayList 而不是 Vector，因為同步操作完全可以由程式設計師自己來控制；
- Vector 每次擴容新容量是舊容量的 2 倍空間，而 ArrayList 是 1.5 倍。

**3. 替代方案**

可以使用 Collections.synchronizedList(); 得到一個執行緒安全的 ArrayList。
```
List<string> list = new ArrayList<>();
List<string> synList = Collections.synchronizedList(list);
```
也可以使用 java.util.concurrent 併發包下的 CopyOnWriteArrayList 類。
```
List<string> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
```
# 三、LinkedList

**1. 概覽**

基於雙向連結串列實現，使用 Node 儲存連結串列節點資訊。
```
private static class Node<e> {
    E item;
    Node<e> next;
    Node<e> prev;
}
```
每個連結串列儲存了 first 和 last 指標：
```
transient Node<e> first;
transient Node<e> last;
```
![](https://upload-images.jianshu.io/upload_images/20352904-d0a26b8a5a71a11c.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)

**2. 新增元素**

將元素新增到連結串列尾部
```
public boolean add(E e) {
    linkLast(e);//這裡就只呼叫了這一個方法
    return true;
}
```

```
/**
 * e作為最後一個元素。
 */
void linkLast(E e) {
    final Node<e> l = last;
    final Node<e> newNode = new Node<>(l, e, null);
    last = newNode;//新建節點,尾指標指向新節點
    //如果是空的雙向連結串列，則該節點既是尾節點，又是頭節點
    if (l == null)
        first = newNode;
    else
        l.next = newNode;//指向後繼元素也就是指向下一個元素
    size++;
    modCount++;
}
```
將元素新增到連結串列頭部
```
public void addFirst(E e) {
    linkFirst(e);
}
```

```
/**
* e元素作為頭元素
*/
private void linkFirst(E e) {
    final Node<e> f = first;
    final Node<e> newNode = new Node<>(null, e, f);//新建節點，以頭節點為後繼節點
    first = newNode;
    //如果連結串列為空，last節點也指向該節點
    if (f == null)
        last = newNode;
    //否則，將頭節點的前驅指標指向新節點，也就是指向前一個元素
    else
        f.prev = newNode;
    size++;
    modCount++;
}
```
**3. 刪除指定元素**
```
public boolean remove(Object o) {
    //如果刪除物件為null
    if (o == null) {
        //從頭開始遍歷
        for (Node<e> x = first; x != null; x = x.next) {
            //找到元素
            if (x.item == null) {
               //從連結串列中移除找到的元素
                unlink(x);
                return true;
            }
        }
    } else {
        //從頭開始遍歷
        for (Node<e> x = first; x != null; x = x.next) {
            //找到元素
            if (o.equals(x.item)) {
                //從連結串列中移除找到的元素
                unlink(x);
                return true;
            }
        }
    }
    return false;
}
```

```
/**
* 注意：這個待刪除的節點是不是頭節點或者尾節點
*/
E unlink(Node<e> x) {
    // assert x != null;
    final E element = x.item;
    final Node<e> next = x.next;//得到後繼節點
    final Node<e> prev = x.prev;//得到前驅節點

/**
    * 斷開與 prev 的聯絡
    */
    //如果刪除的節點是頭節點,直接刪除該頭結點
    if (prev == null) {
        first = next; 
    } else {
        prev.next = next;//將前驅節點的後繼節點指向後繼節點
        x.prev = null; //TODO:十分重要
    }

/**
    * 斷開與 next 的聯絡 
    */
    //如果刪除的節點是尾節點,直接刪除該尾節點
    if (next == null) {
        last = prev;
    } else {
        next.prev = prev;
        x.next = null;
    }

x.item = null;
    size--;
    modCount++;
    return element;
}
```
**4. 與 ArrayList 的比較**

- ArrayList 基於動態陣列實現，LinkedList 基於雙向連結串列實現；
- ArrayList 支援隨機訪問，LinkedList 不支援；
- LinkedList 在任意位置新增刪除元素更快。</e></e></e></e></e></e></e></e></e></e></e></e></e></e></string></string></string></size></size></e></e></e>

詳解Java 容器（第③篇）——容器原始碼分析 - List

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