介绍
ArrayList 是一个数组队列，相当于 动态数组。与Java中的数组相比，它的容量能动态增长。
结构
ArrayList继承于AbstractList，实现了List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable这些接口。如下图：
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable- ArrayList 继承了AbstractList，实现了List。AbstractList、List提供了相关的添加、删除、修改、遍历等功能。
- ArrayList 实现了RandmoAccess接口，即提供了随机访问功能。在ArrayList中，我们即可以通过元素的序号快速获取元素对象,这就是快速随机访问。
- ArrayList 实现了Cloneable接口，实现clone()，实现克隆。
- ArrayList 实现java.io.Serializable接口，意味着ArrayList支持序列化，能通过序列化去传输。
扩展：ArrayList和Vector不同，ArrayList中的操作不是线程安全的！所以，建议在单线程中才使用ArrayList，而在多线程中可以选择Vector。
字段
private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;/*** Default initial capacity.* 默认初始化容量*/private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;/*** Shared empty array instance used for empty instances.* 空数组，当用户创建空实例时，返回该数组*/private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};/*** Shared empty array instance used for default sized empty instances. We* distinguish this from EMPTY_ELEMENTDATA to know how much to inflate when* first element is added.* 空数组实例* - 当用户没有指定 ArrayList 的容量时(即调用无参构造函数)，返回的是该数组==>刚创建一个 ArrayList 时，其内数据量为 0。* - 当用户第一次添加元素时，该数组将会扩容，变成默认容量为 10(DEFAULT_CAPACITY) 的一个数组===>通过 ensureCapacityInternal() 实现*/private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};/*** The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored.* The capacity of the ArrayList is the length of this array buffer. Any* empty ArrayList with elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA* will be expanded to DEFAULT_CAPACITY when the first element is added.* 数组对象* - 当前数据对象存放地方* - 当前对象不参与序列化* - transient 关键字最主要的作用就是当序列化时，被transient修饰的内容将不会被序列化*/transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access/*** The size of the ArrayList (the number of elements it contains).* 数组中的元素个数* @serial*/private int size;/*** 这个列表在结构上被修改的次数。结构修改是指改变列表的大小，或者以一种正在进行的迭代可能会保留不正确结果的方式扰乱列表。*/protected transient int modCount = 0;提示：size和elementData.length是不相同的。size是指当前集合中存在的元素个数，elementData.length是指当前集合指定的容量大小例如，如果我们ArrayList()时，ArrayList只是给我们默认的elementData=DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA,此时只是空数组，只有第一次add时才默认数组的大小为DEFAULT_CAPACITY=10 ，此时elementData.length=10,而size=0
构造方法
ArrayList提供了三种构造方法：
ArrayList(int initialCapacity)
构造一个指定容量的ArrayList。这是一个带初始容量大小的有参构造函数。
- 初始容量>0：返回指定容量的大小
- 初始容量=0：返回空数组
- 初始容量<0：抛出异常 IllegalArgumentException
/*** Constructs an empty list with the specified initial capacity.* - 构造一个指定容量的ArrayList。这是一个带初始容量大小的有参构造函数。* @param initialCapacity the initial capacity of the list* - 初始化容量* @throws IllegalArgumentException if the specified initial capacity* is negative* - 如果指定的初始容量为负，抛出异常*/public ArrayList(int initialCapacity) {if (initialCapacity > 0) {this.elementData = new Object[initialCapacity];} else if (initialCapacity == 0) {this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;} else {throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+initialCapacity);}}ArrayList()
无参构造方法，创建ArrayList对象的时候不传入参数，则使用此无参构造方法创建ArrayList对象。从前面知道DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA是一个空的Object[]，给到elementData进行初始化，elementData也是个Object[]类型。当有元素进行第一次添加 add() 时，elementData将会变成默认的长度10。
/*** Constructs an empty list with an initial capacity of ten.* - 无参构造方法，创建ArrayList对象的时候不传入参数，则使用此无参构造方法创建ArrayList对象*/public ArrayList() {this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;}注意：默认容量为10，调用无参构造此时的容量0，当第一次调用 add() 方法时才进行扩容为10。
ArrayList(Collection<? extends E> c)
构造一个包含指定 collection 的元素的列表，这些元素是按照该 collection 的迭代器返回它们的顺序排列的。
- 将 Collection 对象转换成数组并赋值给 elementData。
- 判断数组大小是否等于0，将空数组 EMPTY_ELEMENTDATA 赋值给 elementData。
- 如果size的值大于0，则执行Arrays.copy方法，把collection对象的内容(可以理解为深拷贝)拷贝到elementData中。
/*** Constructs a list containing the elements of the specified* collection, in the order they are returned by the collection's* iterator.* - 构造一个包含指定 collection 的元素的列表，这些元素是按照该 collection 的迭代器返回它们的顺序排列的。* @param c the collection whose elements are to be placed into this list* - 放入此列表的集合* @throws NullPointerException if the specified collection is null* - 如果集合为空，抛出异常*/public ArrayList(Collection<? extends E> c) {elementData = c.toArray();if ((size = elementData.length) != 0) {// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)if (elementData.getClass() != Object[].class)// copyOf(要复制的数组,要返回的副本的长度,要返回的副本的类)elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);} else {// replace with empty array.// 将空数组 EMPTY_ELEMENTDATA 赋值给 elementData。this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;}}总结：ArrayList 构造方法就是初始化存储数据容器。存储数据容器其本质就是数组，在ArrayList中叫elementData。
普通方法
add()
add(E e)
将指定的元素添加此集合的末尾。
/*** Appends the specified element to the end of this list.* - 将指定的元素添加此集合的末尾。* @param e element to be appended to this list* @return <tt>true</tt> (as specified by {@link Collection#add})*/public boolean add(E e) {// 检查数组容量，不够，容器+1，// 注意：只+1，因为add()一次只添加一个元素，并且也能确保资源不被浪费。ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!//添加对象，自增size 等同于 elementData[size]; size++;elementData[size++] = e;return true;}// 检查数组容量，不够扩容。private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));}private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {//若 elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 则取 DEFAULT_CAPACITY 和 minCapacity 的最大值return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);}return minCapacity;}// 检查数组容量，不够扩容。private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {modCount++;// overflow-conscious code//最小容量 > 数组长度 = 扩容if (minCapacity - elementData.length > 0)grow(minCapacity);}/*** Increases the capacity to ensure that it can hold at least the* number of elements specified by the minimum capacity argument.* - 数组扩容，以确保它至少可以容纳由最小容量参数指定的元素数量。* @param minCapacity the desired minimum capacity*/private void grow(int minCapacity) {// overflow-conscious codeint oldCapacity = elementData.length;// >>：表示右移，如果该数为正，则高位补0，若为负数，则高位补1// eg : 10 的二进制(1010) 右移 变成 0101(十进制5)，所以扩容是1.5倍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:// 拷贝数组，改变容量大小。// Arrays.copyof(原数组，新的数组长度)elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);}// 进行大容量分配private static int hugeCapacity(int minCapacity) {// 如果minCapacity<0，抛出异常if (minCapacity < 0) // overflowthrow new OutOfMemoryError();// 如果想要的容量大于MAX_ARRAY_SIZE，则分配Integer.MAX_VALUE，否则分配MAX_ARRAY_SIZEreturn (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?Integer.MAX_VALUE :MAX_ARRAY_SIZE;}- 第一次调用add方法流程分析
- 调用 add() ,此时 size=0 ,size+1=1;
- 调用 ensureCapacityInternal(minCapacity) ,此时 minCapacity=1;
- 调用 calculateCapacity(elementData,minCapacity) ,此时 minCapacity=1 ,elementData={}, DEFAULT_CAPACITY=10 ,DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA={};
- 因为 elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 所以取 DEFAULT_CAPACITY ,minCapacity两数最大值 DEFAULT_CAPACITY;
- 返回 ensureCapacityInternal后,调用 ensureExplicitCapacity(minCapacity) ,此时 minCapacity=10, elementData.length=0;
- 因为 minCapacity - elementData.length > 0调用 grow();
- 先扩容 newCapacity = newCapacity + ( newCapacity >> 1 )，判断 newCapacity - minCapacity < 0，所以 newCapacity = minCapacity = 10;
- 拷贝数组，改变容量大小;
- 一并返回到 add(),添加对象，自增size;
- 第二次扩容：第二次扩容是指当前集合中已经存在10(默认容量10)个元素后，继续添加第11个元素。
- 调用 add() ,此时 size=10 ,size+1=11;
- 调用 ensureCapacityInternal(minCapacity) ,此时 minCapacity=11;
- 调用 calculateCapacity(elementData,minCapacity) ,此时 minCapacity=11 ,elementData.length=10, DEFAULT_CAPACITY=10 ,DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA.length=0;
- 因为 elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA ,所以取 minCapacity=11;
- 返回 ensureCapacityInternal 后,调用 ensureExplicitCapacity(minCapacity) ,此时 minCapacity=11 ,elementData.length=10;
- 因为 minCapacity - elementData.length > 0 调用 grow();
- 先扩容 newCapacity = newCapacity + ( newCapacity >> 1 ) ，判断 newCapacity - minCapacity > 0，所以 newCapacity = newCapacity = 15;
- 拷贝数组，改变容量大小;
- 一并返回到add(),添加对象，自增size;
add(int index, E element)
指定元素插入到列表中的指定位置。
/*** Inserts the specified element at the specified position in this* list. Shifts the element currently at that position (if any) and* any subsequent elements to the right (adds one to their indices).* - 将指定元素插入到列表中的指定位置。将当前位于该位置的元素(如果有)和任何后续元素向右移动(将一个元素添加到它们的索引中)。* @param index index at which the specified element is to be inserted* - 要插入指定元素的索引* @param element element to be inserted* - 要插入的元素* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}* - 抛出异常*/public void add(int index, E element) {// 检查索引是否越界rangeCheckForAdd(index);// 检查数组容量，不够，扩容// 注意：只+1，因为add()一次只添加一个元素，并且也能确保资源不被浪费。ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!// System.arraycopy(源数组，源数组起始索引，目标数组，目标数组起始索引，要拷贝的长度)// 主要思想：将当前位于该位置的元素(如果有)和任何后续元素向右移动(将一个元素添加到它们的索引中)。System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index);// 指定索引位置赋值 elementData[index] = element;// 大小+1size++;}/*** A version of rangeCheck used by add and addAll.*/private void rangeCheckForAdd(int index) {//要插入的索引位置不能小于0，不能大于sizeif (index > size || index < 0)throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));}总结：add(int index, E element)先检查索引是否越界，再判断是否需要扩容，再将需要右移的元素右移，最后赋值，修改大小。
remove
remove(int index)
删除列表中指定位置的元素。将后续所有元素向左移动(从它们的索引中减去1)。
/*** Removes the element at the specified position in this list.* Shifts any subsequent elements to the left (subtracts one from their* indices).* - 删除列表中指定位置的元素。将后续所有元素向左移动(从它们的索引中减去1)。* @param index the index of the element to be removed* - 指定要删除的索引* @return the element that was removed from the list* - 删除的元素* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}* - 抛出异常*/public E remove(int index) {// 检查索引是否越界rangeCheck(index);modCount++;E oldValue = elementData(index);// 主要思想：// - 1. 先计算出需要左移的元素长度// - 2. 将后续所有元素向左移动(从它们的索引中减去1)。int numMoved = size - index - 1;if (numMoved > 0)// System.arraycopy(源数组，源数组起始索引，目标数组，目标数组起始索引，要拷贝的长度)System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);// 左移后，将最后一个元素至空elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work// 返回删除的元素值return oldValue;}/*** Checks if the given index is in range. If not, throws an appropriate* runtime exception. This method does *not* check if the index is* negative: It is always used immediately prior to an array access,* which throws an ArrayIndexOutOfBoundsException if index is negative.* - 检查给定的索引是否在范围内。如果不是，则抛出适当的运行时异常。该方法不*not*检查索引是否为负数:它总是在数组访问之前使用，如果索引为负数，则会抛出ArrayIndexOutOfBoundsException。*/private void rangeCheck(int index) {if (index >= size)throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));}/*** Constructs an IndexOutOfBoundsException detail message.* Of the many possible refactorings of the error handling code,* this "outlining" performs best with both server and client VMs.* - 构造一个角标越界提示信息*/private String outOfBoundsMsg(int index) {return "Index: "+index+", Size: "+size;}//获取指定索引的值E elementData(int index) {return (E) elementData[index];}总结：remove(int index)先检查索引是否越界，然后计算出要左移的元素长度，最后左移。将最后一个元素至空。
remove(Object o)
从该列表中删除指定元素的第一个匹配项(如果存在)。如果列表不包含该元素，它将保持不变。确切的说，删除索引最小的元素
/*** Removes the first occurrence of the specified element from this list,* if it is present. If the list does not contain the element, it is* unchanged. More formally, removes the element with the lowest index* - 从该列表中删除指定元素的第一个匹配项(如果存在)。如果列表不包含该元素，它将保持不变。确切的说，删除索引最小的元素* <tt>i</tt> such that* <tt>(o==null ? get(i) == null : o.equals(get(i)))</tt>* (if such an element exists). Returns <tt>true</tt> if this list* contained the specified element (or equivalently, if this list* changed as a result of the call).** @param o element to be removed from this list, if present* - 要删除的对象* @return <tt>true</tt> if this list contained the specified element* - 返回true or false*/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;}/** Private remove method that skips bounds checking and does not* return the value removed.* - 私有移除方法，该方法跳过边界检查且不返回被移除的值。*/private void fastRemove(int index) {modCount++;// 计算要左移元素的长度int numMoved = size - index - 1;if (numMoved > 0)// System.arraycopy(源数组，源数组起始索引，目标数组，目标数组起始索引，要拷贝的长度)System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);// 左移后，将最后一个元素至空elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work}总结：remove(Object o)：删除指定元素，不用检查索引越界。此方法只删除索引值最小的元素。
get(int index)
返回列表中指定位置的元素。
/*** Returns the element at the specified position in this list.* - 返回列表中指定位置的元素。* @param index index of the element to return* @return the element at the specified position in this list* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}*/public E get(int index) {// 检查索引是否越界rangeCheck(index);// 获取指定索引上的元素return elementData(index);}set(int index, E element)
将列表中指定位置的元素替换为指定元素。
/*** Replaces the element at the specified position in this list with* the specified element.* - 将列表中指定位置的元素替换为指定元素。* @param index index of the element to replace* - 要替换的元素的索引* @param element element to be stored at the specified position* - 元素存储在指定位置* @return the element previously at the specified position* - 先前位于指定位置的元素* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}*/public E set(int index, E element) {// 检查索引越界rangeCheck(index);// 获取指定位置的元素E oldValue = elementData(index);// 替换指定位置的元素elementData[index] = element;// 返回被替换的元素return oldValue;}indexOf(Object o)
返回该列表中指定元素第一次出现的索引，如果该列表不包含该元素，则返回-1。确切的说，返回最低的索引的元素
/*** Returns the index of the first occurrence of the specified element* in this list, or -1 if this list does not contain the element.* More formally, returns the lowest index <tt>i</tt> such that* - 返回该列表中指定元素第一次出现的索引，如果该列表不包含该元素，则返回-1。确切的说，返回最低的索引的元素* <tt>(o==null ? get(i)==null : o.equals(get(i)))</tt>,* or -1 if there is no such index.*/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;}lastIndexOf(Object o)
返回指定元素最后一次出现的索引，如果该列表不包含该元素，则返回-1。确切的说，返回最高的索引的元素
/*** Returns the index of the last occurrence of the specified element* in this list, or -1 if this list does not contain the element.* More formally, returns the highest index <tt>i</tt> such that* - 返回指定元素最后一次出现的索引，如果该列表不包含该元素，则返回-1。确切的说，返回最高的索引的元素* <tt>(o==null ? get(i)==null : o.equals(get(i)))</tt>,* or -1 if there is no such index.*/public int lastIndexOf(Object o) {if (o == null) {for (int i = size-1; i >= 0; i--)if (elementData[i]==null)return i;} else {for (int i = size-1; i >= 0; i--)if (o.equals(elementData[i]))return i;}return -1;}clear()
从列表中删除所有元素。该调用返回后，列表将为空。
/*** Removes all of the elements from this list. The list will* be empty after this call returns.* - 从列表中删除所有元素。该调用返回后，列表将为空。*/public void clear() {modCount++;// clear to let GC do its workfor (int i = 0; i < size; i++)elementData[i] = null;size = 0;}
