一、ArrayList概述
ArrayList是实现List接口的动态数组，所谓动态就是它的大小是可变的。实现了所有可选列表操作，并允许包括 null 在内的所有元素。
每个ArrayList实例都有一个容量，该容量是指用来存储列表元素的数组的大小。默认初始容量为10。随着ArrayList中元素的增加，它的容量也会不断的自动增长。在每次添加新的元素时，ArrayList都会检查是否需要进行扩容操作，扩容操作带来数据向新数组的重新拷贝，所以如果我们知道具体业务数据量，在构造ArrayList时可以给ArrayList指定一个初始容量，这样就会减少扩容时数据的拷贝问题。
注意，ArrayList实现不是线程安全的。如果多个线程同时访问一个ArrayList实例，而其中至少一个线程从结构上修改了列表，那么它必须保持外部同步。所以为了保证同步，最好的办法是在创建时完成，以防止意外对列表进行不同步的访问：
List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList(…));
二、ArrayList源码分析
ArrayList我们使用的实在是太多了，非常熟悉，所以在这里将不介绍它的使用方法。ArrayList是实现List接口的，底层采用数组实现，所以它的操作基本上都是基于对数组的操作。
2.1、底层使用数组
private transient Object[] elementData;
transient？？为java关键字，为变量修饰符，如果用transient声明一个实例变量，当对象存储时，它的值不需要维持。Java的serialization提供了一种持久化对象实例的机制。当持久化对象时，可能有一个特殊的对象数据成员，我们不想用serialization机制来保存它。为了在一个特定对象的一个域上关闭serialization，可以在这个域前加上关键字transient。当一个对象被序列化的时候，transient型变量的值不包括在序列化的表示中，然而非transient型的变量是被包括进去的。
这里Object[] elementData，就是我们的ArrayList容器，下面介绍的基本操作都是基于该elementData变量来进行操作的。
2.2、构造函数
ArrayList提供了三个构造函数：
- ArrayList()：默认构造函数，提供初始容量为10的空列表。
- ArrayList(int initialCapacity)：构造一个具有指定初始容量的空列表。
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。
/**
* 构造一个初始容量为 10 的空列表
*/
public ArrayList() {
this(10);
}
/**
* 构造一个具有指定初始容量的空列表。
*/
public ArrayList(int initialCapacity) {
super();
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "
+ initialCapacity);
this.elementData = new Object[initialCapacity];
}
/**
* 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。
*/
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
elementData = c.toArray();
size = elementData.length;
// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
}
2.3、新增
add(E e)：将指定的元素添加到此列表的尾部。
public boolean add(E e) {
ensureCapacity(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
这里ensureCapacity()方法是对ArrayList集合进行扩容操作，elementData(size++) = e，将列表末尾元素指向e。
add(int index, E element)：将指定的元素插入此列表中的指定位置。
public void add(int index, E element) {
//判断索引位置是否正确
if (index > size || index < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException(
"Index: "+index+", Size: "+size);
//扩容检测
ensureCapacity(size+1);
/*
* 对源数组进行复制处理（位移），从index + 1到size-index。
* 主要目的就是空出index位置供数据插入，
* 即向右移动当前位于该位置的元素以及所有后续元素。
*/
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
//在指定位置赋值
elementData[index] = element;
size++;
}
在这个方法中最根本的方法就是System.arraycopy()方法，该方法的根本目的就是将index位置空出来以供新数据插入，这里需要进行数组数据的右移，这是非常麻烦和耗时的，所以如果指定的数据集合需要进行大量插入（中间插入）操作，推荐使用LinkedList。
2.4、删除
ArrayList提供了remove(int index)、remove(Object o)、removeRange(int fromIndex, int toIndex)、removeAll()四个方法进行元素的删除。
remove(int index)：移除此列表中指定位置上的元素。
public E remove(int index) {
//位置验证
RangeCheck(index);
modCount++;
//需要删除的元素
E oldValue = (E) elementData[index];
//向左移的位数
int numMoved = size - index - 1;
//若需要移动，则想左移动numMoved位
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index,
numMoved);
//置空最后一个元素
elementData[--size] = null; // Let gc do its work
return oldValue;
}
remove(Object o)：移除此列表中首次出现的指定元素（如果存在）。
public boolean remove(Object o) {
//因为ArrayList中允许存在null，所以需要进行null判断
if (o == null) {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (elementData[index] == null) {
//移除这个位置的元素
fastRemove(index);
return true;
}
} else {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (o.equals(elementData[index])) {
fastRemove(index);
return true;
}
}
return false;
}
其中fastRemove()方法用于移除指定位置的元素。如下
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; // Let gc do its work
}
2.5、查找
ArrayList提供了get(int index)用读取ArrayList中的元素。由于ArrayList是动态数组，所以我们完全可以根据下标来获取ArrayList中的元素，而且速度还比较快。
public E get(int index) {
RangeCheck(index);
return (E) elementData[index];
}
2.6、扩容
在上面的新增方法的源码中我们发现每个方法中都存在这个方法：ensureCapacity()，该方法就是ArrayList的扩容方法。在前面就提过ArrayList每次新增元素时都会需要进行容量检测判断，若新增元素后元素的个数会超过ArrayList的容量，就会进行扩容操作来满足新增元素的需求。所以当我们清楚知道业务数据量或者需要插入大量元素前，我可以使用ensureCapacity来手动增加ArrayList实例的容量，以减少递增式再分配的数量。最终扩容的代码如下:
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;
//先对容量扩大1.5倍，这里oldCapacity >> 1是二进制操作右移，相当于除以2 相当于1+1/2= 1.5
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:
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
在这里有一个疑问，为什么每次扩容处理会是1.5倍，而不是2.5、3、4倍呢？因为一次性扩容太大(例如2.5倍)可能会浪费更多的内存(1.5倍最多浪费33%，而2.5被最多会浪费60%，3.5倍则会浪费71%……)。但是一次性扩容太小，需要多次对数组重新分配内存，对性能消耗比较严重。所以1.5倍刚刚好，既能满足性能需求，也不会造成很大的内存消耗。
