一、ArrayList概述

ArrayList是List接口的可變數(shù)組的實現(xiàn)。實現(xiàn)了所有可選列表操作，并允許包括 null 在內(nèi)的所有元素。除了實現(xiàn) List 接口外，此類還提供一些方法來操作內(nèi)部用來存儲列表的數(shù)組的大小。

每個ArrayList實例都有一個容量，該容量是指用來存儲列表元素的數(shù)組的大小。它總是至少等于列表的大小。隨著向ArrayList中不斷添加元素，其容量也自動增長。自動增長會帶來數(shù)據(jù)向新數(shù)組的重新拷貝，因此，如果可預(yù)知數(shù)據(jù)量的多少，可在構(gòu)造ArrayList時指定其容量。在添加大量元素前，應(yīng)用程序也可以使用ensureCapacity操作來增加ArrayList實例的容量，這可以減少遞增式再分配的數(shù)量。

注意，此實現(xiàn) 不是同步 的。如果多個線程同時訪問一個ArrayList實例，而其中至少一個線程從結(jié)構(gòu)上修改了列表，那么它必須保持外部同步。這通常是通過同步那些用來封裝列表的對象來實現(xiàn)的。但如果沒有這樣的對象存在，則該列表需要運用{@link Collections#synchronizedSet Collections.synchronizedSet}來進行“包裝”，該方法最好是在創(chuàng)建列表對象時完成，為了避免對列表進行突發(fā)的非同步操作。

List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList(...));
建議在單線程中才使用ArrayList，而在多線程中可以選擇Vector或者CopyOnWriteArrayList。
二、ArrayList源碼解析
1. ArrayList類結(jié)構(gòu)
//通過ArrayList實現(xiàn)的接口可知，其支持隨機訪問，能被克隆，支持序列化public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>		implements List<E>, Randomaccess, Cloneable, java.io.Serializable{	//序列版本號	PRivate static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;  //默認初始容量	private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;	//被用于空實例的共享空數(shù)組實例	private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};	//被用于默認大小的空實例的共享數(shù)組實例。其與EMPTY_ELEMENTDATA的區(qū)別是：當(dāng)我們向數(shù)組中添加第一個元素時，知道數(shù)組該擴充多少。	private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};	/**	 * Object[]類型的數(shù)組，保存了添加到ArrayList中的元素。ArrayList的容量是該Object[]類型數(shù)組的長度	 * 當(dāng)?shù)谝粋€元素被添加時，任何空ArrayList中的elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA將會被	 * 擴充到DEFAULT_CAPACITY（默認容量）。	 */	transient Object[] elementData; //非private是為了方便嵌套類的訪問	// ArrayList的大小（指其所含的元素個數(shù)）	private int size;	......  }View Code
ArrayList包含了兩個重要的對象：elementData 和 size。
(01)  elementData 是"Object[] 類型的數(shù)組"，它保存了添加到ArrayList中的元素。實際上，elementData是個動態(tài)數(shù)組，我們能通過構(gòu)造函數(shù) ArrayList(int initialCapacity)來執(zhí)行它的初始容量為initialCapacity；如果通過不含參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)ArrayList()來創(chuàng)建 ArrayList，則elementData的容量默認是10。elementData數(shù)組的大小會根據(jù)ArrayList容量的增長而動態(tài)的增長，具 體的增長方式，請參考源碼分析中的ensureCapacity()函數(shù)。
(02)  size 則是動態(tài)數(shù)組的實際大小。
2. 構(gòu)造函數(shù)
ArrayList提供了三種方式的構(gòu)造器，可以構(gòu)造一個默認初始容量為10的空列表、構(gòu)造一個指定初始容量的空列表以及構(gòu)造一個包含指定collection的元素的列表，這些元素按照該collection的迭代器返回的順序排列的。
/** * 構(gòu)造一個指定初始容量的空列表 * @param  initialCapacity  ArrayList的初始容量 * @throws IllegalArgumentException 如果給定的初始容量為負值 */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);	}}// 構(gòu)造一個默認初始容量為10的空列表public ArrayList() {	this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;}/** * 構(gòu)造一個包含指定collection的元素的列表，這些元素按照該collection的迭代器返回的順序排列的 * @param c 包含用于去構(gòu)造ArrayList的元素的collection * @throws NullPointerException 如果指定的collection為空 */public ArrayList(Collection<? extends E> c) {	elementData = c.toArray();	if ((size = elementData.length) != 0) {		// c.toArray()可能不會正確地返回一個 Object[]數(shù)組，那么使用Arrays.copyOf()方法		if (elementData.getClass() != Object[].class)			//Arrays.copyOf()返回一個 Object[].class類型的，大小為size，元素為elementData[0,...,size-1]			elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);	} else {		// replace with empty array.		this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;	}}View Code
此處重點說明一下， ArrayList是如何構(gòu)造一個默認初始容量為10的空列表的 ？
// 構(gòu)造一個默認初始容量為10的空列表public ArrayList() {  this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;  //DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}}//而在在JDK1.6中，其構(gòu)造函數(shù)為public ArrayList() {        this(10);  //public ArrayList(int initialCapacity)中this.elementData = new Object[initialCapacity];}
ArrayList構(gòu)造一個默認初始容量為10的空列表：
1) 初始情況：elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}； size = 0;
2) 當(dāng)向數(shù)組中添加第一個元素時，通過add(E e)方法中調(diào)用的ensureCapacityInternal(size + 1)方法，即ensureCapacityInternal(1)；
3) 在ensureCapacityInternal(int minCapacity)方法中，可得的minCapacity=DEFAULT_CAPACITY=10，然后再調(diào)用ensureExplicitCapacity(minCapacity)方法，即ensureExplicitCapacity(10)；
4) 在ensureExplicitCapacity(minCapacity)方法中調(diào)用grow(minCapacity)方法，即grow(10)，此處為真正具體的數(shù)組擴容的算法，在此方法中，通過 elementData = Arrays.copyOf(elementData,10 ) 具體實現(xiàn)了elementData數(shù)組初始容量為10的構(gòu)造。
3. 調(diào)整數(shù)組的容量
從add()與addAll()方法中可以看出，每當(dāng)向數(shù)組中添加元素時，都要去檢查添加元素后的個數(shù)是否會超出當(dāng)前數(shù)組的長度，如果超出，數(shù)組將會進行擴容，以滿足添加數(shù)據(jù)的需求。數(shù)組擴容實質(zhì)上是通過私有的方法ensureCapacityInternal(int minCapacity) -> ensureExplicitCapacity(int minCapacity) -> grow(int minCapacity)來實現(xiàn)的，但在jdk1.8中，向用戶提供了一個public的方法ensureCapacity(int minCapacity)使用戶可以手動的 設(shè)置 ArrayList實例的容量，以減少遞增式再分配的數(shù)量。此處與jdk1.6中直接通過一個公開的方法ensureCapacity(int minCapacity)來實現(xiàn)數(shù)組容量的調(diào)整有區(qū)別。
/**	 * public方法，讓用戶能手動設(shè)置ArrayList的容量	 * @param   minCapacity 期望的最小容量	 */	public void ensureCapacity(int minCapacity) {		int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)			// any size if not default element table			? 0			// larger than default for default empty table. It's already			// supposed to be at default size.			: DEFAULT_CAPACITY;		if (minCapacity > minExpand) {			ensureExplicitCapacity(minCapacity);		}	}	private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {		//當(dāng)elementData為空時，ArrayList的初始容量最小為DEFAULT_CAPACITY（10）		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);	}	//數(shù)組可被分配的最大容量；當(dāng)需要的數(shù)組尺寸超過VM的限制時，可能導(dǎo)致OutOfMemoryError	private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;	/**	 * 增加數(shù)組的容量，確保它至少能容納指定的最小容量的元素量	 * @param minCapacity 期望的最小容量	 */	private void grow(int minCapacity) {		// overflow-conscious code		int oldCapacity = elementData.length;		//注意此處擴充capacity的方式是將其向右一位再加上原來的數(shù)，實際上是擴充了1.5倍		int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);		if (newCapacity - minCapacity < 0)			newCapacity = minCapacity;		if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) 			newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); //設(shè)置數(shù)組可被分配的最大容量		// minCapacity is usually close to size, so this is a win:		elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);	}	private static int hugeCapacity(int minCapacity) {		if (minCapacity < 0) // overflow			throw new OutOfMemoryError();		return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?			Integer.MAX_VALUE :			MAX_ARRAY_SIZE;	}View Code
附：jdk1.6中ensureCapacity(int minCapacity)方法：
// 確定ArrarList的容量。// 若ArrayList的容量不足以容納當(dāng)前的全部元素，設(shè)置 新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1”	public void ensureCapacity(int minCapacity) {		modCount++;  // 將“修改統(tǒng)計數(shù)”+1		int oldCapacity = elementData.length;		if (minCapacity > oldCapacity) {			Object oldData[] = elementData;			int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;			if (newCapacity < minCapacity)				newCapacity = minCapacity;			elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);		}	}View Code
為什么ArrayList自動容量擴充選擇擴充1.5倍？
這種算法構(gòu)造出來的新的數(shù)組長度的增量都會比上一次大( 而且是越來越大) ，即認為客戶需要增加的數(shù)據(jù)很多，而避免頻繁newInstance 的情況。
4.添加元素
ArrayList提供了add(E e)、add(int index, E element)、addAll(Collection<? extends E> c)、addAll(int index, Collection<? extends E> c)這些添加元素的方法。
//將指定的元素(E e)添加到此列表的尾部	public boolean add(E e) {		ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!		elementData[size++] = e;		return true;	}	//將指定的元素(E e)插入到列表的指定位置(index)	public void add(int index, E element) {		rangeCheckForAdd(index); //判斷參數(shù)index是否IndexOutOfBoundsException		ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!  如果數(shù)組長度不足，將進行擴容		System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,						 size - index); //將源數(shù)組中從index位置開始后的size-index個元素統(tǒng)一后移一位		elementData[index] = element;		size++;	}	/**	 * 按照指定collection的迭代器所返回的元素順序，將該collection中的所有元素添加到此列表的尾部	 * @throws NullPointerException if the specified collection is null	 */	public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {		Object[] a = c.toArray();		int numNew = a.length;		ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount		//將數(shù)組a[0,...,numNew-1]復(fù)制到數(shù)組elementData[size,...,size+numNew-1]		System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew); 		size += numNew;		return numNew != 0;	}	/**	 * 從指定的位置開始，將指定collection中的所有元素插入到此列表中，新元素的順序為指定collection的迭代器所返回的元素順序	 * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}	 * @throws NullPointerException if the specified collection is null	 */	public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {		rangeCheckForAdd(index); //判斷參數(shù)index是否IndexOutOfBoundsException		Object[] a = c.toArray();		int numNew = a.length;		ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount		int numMoved = size - index;		if (numMoved > 0)			//先將數(shù)組elementData[index,...,index+numMoved-1]復(fù)制到elementData[index+numMoved,...,index+2*numMoved-1]			//即，將源數(shù)組中從index位置開始的后numMoved個元素統(tǒng)一后移numNew位			System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,							 numMoved);		//再將數(shù)組a[0,...,numNew-1]復(fù)制到數(shù)組elementData[index,...,index+numNew-1]		System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);		size += numNew;		return numNew != 0;	}View Code
5.刪除元素
ArrayList提供了remove(int index)、remove(Object o)、clear()、removeRange(int fromIndex, int toIndex)、removeAll(Collection<?> c)、retainAll(Collection<?> c)這些刪除元素的方法。
/**	 * 移除此列表中指定位置上的元素	 * @param index 需被移除的元素的索引	 * @return the element 被移除的元素值	 * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}	 */	public E remove(int index) {		rangeCheck(index);  //判斷index是否 <= size		modCount++;		E oldValue = elementData(index);		//將數(shù)組elementData中index位置之后的所有元素向前移一位		int numMoved = size - index - 1;		if (numMoved > 0)			System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,							 numMoved);		elementData[--size] = null; //將原數(shù)組最后一個位置置為null，由GC清理		return oldValue;	}	//移除ArrayList中首次出現(xiàn)的指定元素(如果存在)，ArrayList中允許存放重復(fù)的元素	public boolean remove(Object o) {		// 由于ArrayList中允許存放null，因此下面通過兩種情況來分別處理。		if (o == null) {			for (int index = 0; index < size; index++)				if (elementData[index] == null) {					fastRemove(index); //私有的移除方法，跳過index參數(shù)的邊界檢查以及不返回任何值					return true;				}		} else {			for (int index = 0; index < size; index++)				if (o.equals(elementData[index])) {					fastRemove(index);					return true;				}		}		return false;	}	//私有的刪除指定位置元素的方法，跳過index參數(shù)的邊界檢查以及不返回任何值	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	}	//清空ArrayList，將全部的元素設(shè)為null	public void clear() {		modCount++;		// clear to let GC do its work		for (int i = 0; i < size; i++)			elementData[i] = null;		size = 0;	}	//刪除ArrayList中從fromIndex（包含）到toIndex（不包含）之間所有的元素，共移除了toIndex-fromIndex個元素	protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {		modCount++;		int numMoved = size - toIndex;  //需向前移動的元素的個數(shù)		System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex,						 numMoved);		// clear to let GC do its work		int newSize = size - (toIndex-fromIndex);		for (int i = newSize; i < size; i++) {			elementData[i] = null;		}		size = newSize;	}	//刪除ArrayList中包含在指定容器c中的所有元素	public boolean removeAll(Collection<?> c) {		Objects.requireNonNull(c);  //檢查指定的對象c是否為空		return batchRemove(c, false);	}	//移除ArrayList中不包含在指定容器c中的所有元素，與removeAll(Collection<?> c)正好相反	public boolean retainAll(Collection<?> c) {		Objects.requireNonNull(c); 		return batchRemove(c, true);	}	private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement) {		final Object[] elementData = this.elementData;		int r = 0, w = 0;  //讀寫雙指針		boolean modified = false;		try {			for (; r < size; r++)				if (c.contains(elementData[r]) == complement) //判斷指定容器c中是否含有elementData[r]元素					elementData[w++] = elementData[r];		} finally {			// Preserve behavioral compatibility with AbstractCollection,			// even if c.contains() throws.			if (r != size) {				System.arraycopy(elementData, r,								 elementData, w,								 size - r);				w += size - r;			}			if (w != size) {				// clear to let GC do its work				for (int i = w; i < size; i++)					elementData[i] = null;				modCount += size - w;				size = w;				modified = true;			}		}		return modified;	}View Code
6.修改元素
ArrayList提供了set(int index, E element)方法來修改指定索引上的值。
//將指定索引上的值替換為新值，并返回舊值    public E set(int index, E element) {        rangeCheck(index);        E oldValue = elementData(index);        elementData[index] = element;        return oldValue;    }View Code
7.查找元素
ArrayList提供了get(int index)、contains(Object o)、indexOf(Object o)、lastIndexOf(Object o)、get(int index)這些查找元素的方法。
//判斷ArrayList中是否包含Object(o)public boolean contains(Object o) {	return indexOf(o) >= 0;}//正向查找，返回ArrayList中元素Object o第一次出現(xiàn)的位置，如果元素不存在，則返回-1public 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;}//逆向查找，返回ArrayList中元素Object o最后一次出現(xiàn)的位置，如果元素不存在，則返回-1public 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;}@SuppressWarnings("unchecked")E elementData(int index) {	return (E) elementData[index];}//返回指定索引處的值public E get(int index) {	rangeCheck(index);	return elementData(index); //實質(zhì)上return (E) elementData[index]}View Code
8.其他public方法
trimToSize()、size()、isEmpty()、clone()、toArray()、toArray(T[] a)
//將底層數(shù)組的容量調(diào)整為當(dāng)前列表保存的實際元素的大小的功能 public void trimToSize() {	 modCount++;	 if (size < elementData.length) {		 elementData = (size == 0)		   ? EMPTY_ELEMENTDATA		   : Arrays.copyOf(elementData, size);	 } } //返回ArrayList的大小（元素個數(shù)） public int size() {	 return size; }//判斷ArrayList是否為空 public boolean isEmpty() {	 return size == 0; } //返回此 ArrayList實例的淺拷貝 public Object clone() {	 try {		 ArrayList<?> v = (ArrayList<?>) super.clone();		 v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);		 v.modCount = 0;		 return v;	 } catch (CloneNotSupportedException e) {		 // this shouldn't happen, since we are Cloneable		 throw new InternalError(e);	 } } //返回一個包含ArrayList中所有元素的數(shù)組 public Object[] toArray() {	 return Arrays.copyOf(elementData, size); } //如果給定的參數(shù)數(shù)組長度足夠，則將ArrayList中所有元素按序存放于參數(shù)數(shù)組中，并返回 //如果給定的參數(shù)數(shù)組長度小于ArrayList的長度，則返回一個新分配的、長度等于ArrayList長度的、包含ArrayList中所有元素的新數(shù)組 @SuppressWarnings("unchecked") 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; } View Code
支持序列化的寫入函數(shù) writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)和讀取函數(shù) readObject(java.io.ObjectInputStream s)
//序列化：將ArrayList的“大小，所有的元素值”都寫入到輸出流中	private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)		throws java.io.IOException{		// Write out element count, and any hidden stuff		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(elementData[i]);		}		if (modCount != expectedModCount) {			throw new ConcurrentModificationException();		}	}	//反序列化：先將ArrayList的“大小”讀出，然后將“所有的元素值”讀出	private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)		throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {		elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;		// Read in size, and any hidden stuff		s.defaultReadObject();		// Read in capacity		s.readInt(); // ignored		if (size > 0) {			// be like clone(), allocate array based upon size not capacity			ensureCapacityInternal(size);			Object[] a = elementData;			// Read in all elements in the proper order.			for (int i=0; i<size; i++) {				a[i] = s.readObject();			}		}	}View Code
關(guān)于java的序列化與反序列化可以參考： Java對象的序列化和反序列化
9.ArrayList的四種遍歷方式
1）通過迭代器Iterator遍歷：
Iterator iter = list.iterator();    while (iter.hasNext())    {        System.out.println(iter.next());    }            
2）通過迭代器ListIterator遍歷：
  ListIterator<String> lIter = list.listIterator();  //順向遍歷  while(lIter.hasNext()){      System.out.println(lIter.next());  }  //逆向遍歷  while(lIter.hasprevious()){      System.out.println(lIter.previous());  }
Iterator與ListIterator主要的區(qū)別：
①Iterator可以應(yīng)用于所有的集合，Set、List和Map和這些集合的子類型。而ListIterator只能用于List及其子類型；
②Iterator只能實現(xiàn)順序向后遍歷，ListIterator可實現(xiàn)順序向后遍歷和逆向（順序向前）遍歷；
③Iterator只能實現(xiàn)remove操作，ListIterator可以實現(xiàn)remove操作，add操作，set操作。
3）隨機訪問，通過索引值去遍歷，由于ArrayList實現(xiàn)了RandomAccess接口
int size = list.size();    for (int i=0; i<size; i++)     {        System.out.println(list.get(i));            }     
4）foreach循環(huán)遍歷
for(String str:list)    {        System.out.println(str);    }    
foreach與迭代器：在Java SE5引入了新的被稱為Iterable接口，該接口包含一個能夠產(chǎn)生Iterator的Iterator()方法，并且Iterable接口被foreach用來在序列中移動。因此 如果你創(chuàng)建了任何實現(xiàn)Iterable的類，都可以將它用于foreach語句中 。
10. Fail-Fast機制
ArrayList也采用了快速失敗的機制，通過記錄modCount參數(shù)來實現(xiàn)。在面對并發(fā)的修改時，迭代器很快就會完全失敗，而不是冒著在將來某個不確定時間發(fā)生任意不確定行為的風(fēng)險。