java的List、ArrayList源码详解

java的List、ArrayList源码详解

List类的定义

public interface List<E> extends Collection<E> {
    // Query Operations
    int size();

    boolean isEmpty();

    boolean contains(Object o);

    Iterator<E> iterator();

    Object[] toArray();

    <T> T[] toArray(T[] a);


    // Modification Operations

    boolean add(E e);

    boolean remove(Object o);


    // Bulk Modification Operations
    boolean containsAll(Collection<?> c);

    boolean addAll(Collection<? extends E> c);

    boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c);

    boolean removeAll(Collection<?> c);

    boolean retainAll(Collection<?> c);

    default void replaceAll(UnaryOperator<E> operator) {
        Objects.requireNonNull(operator);
        final ListIterator<E> li = this.listIterator();
        while (li.hasNext()) {
            li.set(operator.apply(li.next()));
        }
    }

    @SuppressWarnings({"unchecked", "rawtypes"})
    default void sort(Comparator<? super E> c) {
        Object[] a = this.toArray();
        Arrays.sort(a, (Comparator) c);
        ListIterator<E> i = this.listIterator();
        for (Object e : a) {
            i.next();
            i.set((E) e);
        }
    }

    void clear();


    // Comparison and hashing

    boolean equals(Object o);

    int hashCode();


    // Positional Access Operations

    E get(int index);

    E set(int index, E element);

    void add(int index, E element);

    E remove(int index);


    // Search Operations

    int indexOf(Object o);

    int lastIndexOf(Object o);


    // List Iterators

    ListIterator<E> listIterator();

    ListIterator<E> listIterator(int index);

    // View

    List<E> subList(int fromIndex, int toIndex);

    @Override
    default Spliterator<E> spliterator() {
        return Spliterators.spliterator(this, Spliterator.ORDERED);
    }
}

在集合类中，List是最基础的一种集合：它是一种有序链表。

List的行为和数组几乎完全相同：List内部按照放入元素的先后顺序存放，每个元素都可以通过索引确定自己的位置，List的索引和数组一样，从0开始。

数组和List类似，也是有序结构，如果我们使用数组，在添加和删除元素的时候，会非常不方便。例如，从一个已有的数组{'A', 'B', 'C', 'D', 'E'}中删除索引为2的元素：

┌───┬───┬───┬───┬───┬───┐
│ A │ B │ C │ D │ E │   │
└───┴───┴───┴───┴───┴───┘
              │   │
          ┌───┘   │
          │   ┌───┘
          │   │
          ▼   ▼
┌───┬───┬───┬───┬───┬───┐
│ A │ B │ D │ E │   │   │
└───┴───┴───┴───┴───┴───┘

这个“删除”操作实际上是把'C'后面的元素依次往前挪一个位置，而“添加”操作实际上是把指定位置以后的元素都依次向后挪一个位置，腾出来的位置给新加的元素。这两种操作，用数组实现非常麻烦。

因此，在实际应用中，需要增删元素的有序列表，我们使用最多的是ArrayList。实际上，ArrayList在内部使用了数组来存储所有元素。例如，一个ArrayList拥有5个元素，实际数组大小为6（即有一个空位）：

size=5
┌───┬───┬───┬───┬───┬───┐
│ A │ B │ C │ D │ E │   │
└───┴───┴───┴───┴───┴───┘

当添加一个元素并指定索引到ArrayList时，ArrayList自动移动需要移动的元素：

size=5
┌───┬───┬───┬───┬───┬───┐
│ A │ B │   │ C │ D │ E │
└───┴───┴───┴───┴───┴───┘

然后，往内部指定索引的数组位置添加一个元素，然后把size加1：

size=6
┌───┬───┬───┬───┬───┬───┐
│ A │ B │ F │ C │ D │ E │
└───┴───┴───┴───┴───┴───┘

继续添加元素，但是数组已满，没有空闲位置的时候，ArrayList先创建一个更大的新数组，然后把旧数组的所有元素复制到新数组，紧接着用新数组取代旧数组：

size=6
┌───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┐
│ A │ B │ F │ C │ D │ E │   │   │   │   │   │   │
└───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┘

现在，新数组就有了空位，可以继续添加一个元素到数组末尾，同时size加1：

size=7
┌───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┐
│ A │ B │ F │ C │ D │ E │ G │   │   │   │   │   │
└───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┘

可见，ArrayList把添加和删除的操作封装起来，让我们操作List类似于操作数组，却不用关心内部元素如何移动。

我们考察List<E>接口，可以看到几个主要的接口方法：

• 在末尾添加一个元素：void add(E e)
• 在指定索引添加一个元素：void add(int index, E e)
• 删除指定索引的元素：int remove(int index)
• 删除某个元素：int remove(Object e)
• 获取指定索引的元素：E get(int index)
• 获取链表大小（包含元素的个数）：int size()

但是，实现List接口并非只能通过数组（即ArrayList的实现方式）来实现，另一种LinkedList通过“链表”也实现了List接口。在LinkedList中，它的内部每个元素都指向下一个元素：

        ┌───┬───┐   ┌───┬───┐   ┌───┬───┐   ┌───┬───┐
HEAD ──>│ A │ ●─┼──>│ B │ ●─┼──>│ C │ ●─┼──>│ D │   │
        └───┴───┘   └───┴───┘   └───┴───┘   └───┴───┘

我们来比较一下ArrayList和LinkedList：

	ArrayList	LinkedList
获取指定元素	速度很快	需要从头开始查找元素
添加元素到末尾	速度很快	速度很快
在指定位置添加/删除	需要移动元素	不需要移动元素
内存占用	少	较大

通常情况下，我们总是优先使用ArrayList。

List的特点

使用List时，我们要关注List接口的规范。List接口允许我们添加重复的元素，即List内部的元素可以重复

创建List

除了使用ArrayList和LinkedList，我们还可以通过List接口提供的of()方法，根据给定元素快速创建List：

List<Integer> list = List.of(1, 2, 5);

但是List.of()方法不接受null值，如果传入null，会抛出NullPointerException异常。

遍历List

和数组类型，我们要遍历一个List，完全可以用for循环根据索引配合get(int)方法遍历：

但这种方式并不推荐，一是代码复杂，二是因为get(int)方法只有ArrayList的实现是高效的，换成LinkedList后，索引越大，访问速度越慢。

所以我们要始终坚持使用迭代器Iterator来访问List。Iterator本身也是一个对象，但它是由List的实例调用iterator()方法的时候创建的。Iterator对象知道如何遍历一个List，并且不同的List类型，返回的Iterator对象实现也是不同的，但总是具有最高的访问效率。

Iterator对象有两个方法：boolean hasNext()判断是否有下一个元素，E next()返回下一个元素。因此，使用Iterator遍历List代码如下：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = List.of("apple", "pear", "banana");
        for (Iterator<String> it = list.iterator(); it.hasNext(); ) {
            String s = it.next();
            System.out.println(s);
        }
    }
}

有童鞋可能觉得使用Iterator访问List的代码比使用索引更复杂。但是，要记住，通过Iterator遍历List永远是最高效的方式。并且，由于Iterator遍历是如此常用，所以，Java的for each循环本身就可以帮我们使用Iterator遍历。把上面的代码再改写如下：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = List.of("apple", "pear", "banana");
        for (String s : list) {
            System.out.println(s);
        }
    }
}

上述代码就是我们编写遍历List的常见代码。

实际上，只要实现了Iterator接口的集合类都可以直接用for each循环来遍历，Java编译器本身并不知道如何遍历集合对象，但它会自动把for each循环变成Iterator的调用。

List和Array转换

把List变为Array有三种方法，第一种是调用toArray()方法直接返回一个Object[]数组：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = List.of("apple", "pear", "banana");
        Object[] array = list.toArray();
        for (Object s : array) {
            System.out.println(s);
        }
    }
}

这种方法会丢失类型信息，所以实际应用很少。

第二种方式是给toArray(T[])传入一个类型相同的Array，List内部自动把元素复制到传入的Array中：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = List.of(12, 34, 56);
        Integer[] array = list.toArray(new Integer[3]);
        for (Integer n : array) {
            System.out.println(n);
        }
    }
}

注意到这个toArray(T[])方法的泛型参数<T>并不是List接口定义的泛型参数<E>，所以，我们实际上可以传入其他类型的数组，例如我们传入Number类型的数组，返回的仍然是Number类型：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = List.of(12, 34, 56);
        Number[] array = list.toArray(new Number[3]);
        for (Number n : array) {
            System.out.println(n);
        }
    }
}

但是，如果我们传入类型不匹配的数组，例如，String[]类型的数组，由于List的元素是Integer，所以无法放入String数组，这个方法会抛出ArrayStoreException。

如果我们传入的数组大小和List实际的元素个数不一致怎么办？根据List接口的文档，我们可以知道：

如果传入的数组不够大，那么List内部会创建一个新的刚好够大的数组，填充后返回；如果传入的数组比List元素还要多，那么填充完元素后，剩下的数组元素一律填充null。

实际上，最常用的是传入一个“恰好”大小的数组：

Integer[] array = list.toArray(new Integer[list.size()]);

最后一种更简洁的写法是通过List接口定义的T[] toArray(IntFunction<T[]> generator)方法：

Integer[] array = list.toArray(Integer[]::new);

这种函数式写法我们会在后续讲到。

反过来，把Array变为List就简单多了，通过List.of(T...)方法最简单：

Integer[] array = { 1, 2, 3 };
List<Integer> list = List.of(array);

对于JDK 11之前的版本，可以使用Arrays.asList(T...)方法把数组转换成List。

要注意的是，返回的List不一定就是ArrayList或者LinkedList，因为List只是一个接口，如果我们调用List.of()，它返回的是一个只读List：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = List.of(12, 34, 56);
        list.add(999); // UnsupportedOperationException
    }
}

对只读List调用add()、remove()方法会抛出UnsupportedOperationException。

AbstractList类的定义

public abstract class AbstractList<E> extends AbstractCollection<E> implements List<E> {
    protected AbstractList() {
    }

    public boolean add(E e) {
        add(size(), e);
        return true;
    }

    abstract public E get(int index);

    public E set(int index, E element) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

    public void add(int index, E element) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

    public E remove(int index) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }


    // Search Operations
    public int indexOf(Object o) {
        ListIterator<E> it = listIterator();
        if (o==null) {
            while (it.hasNext())
                if (it.next()==null)
                    return it.previousIndex();
        } else {
            while (it.hasNext())
                if (o.equals(it.next()))
                    return it.previousIndex();
        }
        return -1;
    }

    public int lastIndexOf(Object o) {
        ListIterator<E> it = listIterator(size());
        if (o==null) {
            while (it.hasPrevious())
                if (it.previous()==null)
                    return it.nextIndex();
        } else {
            while (it.hasPrevious())
                if (o.equals(it.previous()))
                    return it.nextIndex();
        }
        return -1;
    }


    // Bulk Operations
    public void clear() {
        removeRange(0, size());
    }

    public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
        rangeCheckForAdd(index);
        boolean modified = false;
        for (E e : c) {
            add(index++, e);
            modified = true;
        }
        return modified;
    }


    // Iterators
    public Iterator<E> iterator() {
        return new Itr();
    }

    public ListIterator<E> listIterator() {
        return listIterator(0);
    }

    public ListIterator<E> listIterator(final int index) {
        rangeCheckForAdd(index);

        return new ListItr(index);
    }

    private class Itr implements Iterator<E> {
        int cursor = 0;

        int lastRet = -1;

        int expectedModCount = modCount;

        public boolean hasNext() {
            return cursor != size();
        }

        public E next() {
            checkForComodification();
            try {
                int i = cursor;
                E next = get(i);
                lastRet = i;
                cursor = i + 1;
                return next;
            } catch (IndexOutOfBoundsException e) {
                checkForComodification();
                throw new NoSuchElementException();
            }
        }

        public void remove() {
            if (lastRet < 0)
                throw new IllegalStateException();
            checkForComodification();

            try {
                AbstractList.this.remove(lastRet);
                if (lastRet < cursor)
                    cursor--;
                lastRet = -1;
                expectedModCount = modCount;
            } catch (IndexOutOfBoundsException e) {
                throw new ConcurrentModificationException();
            }
        }

        final void checkForComodification() {
            if (modCount != expectedModCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }

    private class ListItr extends Itr implements ListIterator<E> {
        ListItr(int index) {
            cursor = index;
        }

        public boolean hasPrevious() {
            return cursor != 0;
        }

        public E previous() {
            checkForComodification();
            try {
                int i = cursor - 1;
                E previous = get(i);
                lastRet = cursor = i;
                return previous;
            } catch (IndexOutOfBoundsException e) {
                checkForComodification();
                throw new NoSuchElementException();
            }
        }

        public int nextIndex() {
            return cursor;
        }

        public int previousIndex() {
            return cursor-1;
        }

        public void set(E e) {
            if (lastRet < 0)
                throw new IllegalStateException();
            checkForComodification();

            try {
                AbstractList.this.set(lastRet, e);
                expectedModCount = modCount;
            } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
                throw new ConcurrentModificationException();
            }
        }

        public void add(E e) {
            checkForComodification();

            try {
                int i = cursor;
                AbstractList.this.add(i, e);
                lastRet = -1;
                cursor = i + 1;
                expectedModCount = modCount;
            } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
                throw new ConcurrentModificationException();
            }
        }
    }

    public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) {
        return (this instanceof RandomAccess ?
                new RandomAccessSubList<>(this, fromIndex, toIndex) :
                new SubList<>(this, fromIndex, toIndex));
    }

    // Comparison and hashing
    public boolean equals(Object o) {
        if (o == this)
            return true;
        if (!(o instanceof List))
            return false;

        ListIterator<E> e1 = listIterator();
        ListIterator<?> e2 = ((List<?>) o).listIterator();
        while (e1.hasNext() && e2.hasNext()) {
            E o1 = e1.next();
            Object o2 = e2.next();
            if (!(o1==null ? o2==null : o1.equals(o2)))
                return false;
        }
        return !(e1.hasNext() || e2.hasNext());
    }

    public int hashCode() {
        int hashCode = 1;
        for (E e : this)
            hashCode = 31*hashCode + (e==null ? 0 : e.hashCode());
        return hashCode;
    }

    protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {
        ListIterator<E> it = listIterator(fromIndex);
        for (int i=0, n=toIndex-fromIndex; i<n; i++) {
            it.next();
            it.remove();
        }
    }

    protected transient int modCount = 0;

    private void rangeCheckForAdd(int index) {
        if (index < 0 || index > size())
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }

    private String outOfBoundsMsg(int index) {
        return "Index: "+index+", Size: "+size();
    }
}

class SubList<E> extends AbstractList<E> {
    private final AbstractList<E> l;
    private final int offset;
    private int size;

    SubList(AbstractList<E> list, int fromIndex, int toIndex) {
        if (fromIndex < 0)
            throw new IndexOutOfBoundsException("fromIndex = " + fromIndex);
        if (toIndex > list.size())
            throw new IndexOutOfBoundsException("toIndex = " + toIndex);
        if (fromIndex > toIndex)
            throw new IllegalArgumentException("fromIndex(" + fromIndex +
                                               ") > toIndex(" + toIndex + ")");
        l = list;
        offset = fromIndex;
        size = toIndex - fromIndex;
        this.modCount = l.modCount;
    }

    public E set(int index, E element) {
        rangeCheck(index);
        checkForComodification();
        return l.set(index+offset, element);
    }

    public E get(int index) {
        rangeCheck(index);
        checkForComodification();
        return l.get(index+offset);
    }

    public int size() {
        checkForComodification();
        return size;
    }

    public void add(int index, E element) {
        rangeCheckForAdd(index);
        checkForComodification();
        l.add(index+offset, element);
        this.modCount = l.modCount;
        size++;
    }

    public E remove(int index) {
        rangeCheck(index);
        checkForComodification();
        E result = l.remove(index+offset);
        this.modCount = l.modCount;
        size--;
        return result;
    }

    protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {
        checkForComodification();
        l.removeRange(fromIndex+offset, toIndex+offset);
        this.modCount = l.modCount;
        size -= (toIndex-fromIndex);
    }

    public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
        return addAll(size, c);
    }

    public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
        rangeCheckForAdd(index);
        int cSize = c.size();
        if (cSize==0)
            return false;

        checkForComodification();
        l.addAll(offset+index, c);
        this.modCount = l.modCount;
        size += cSize;
        return true;
    }

    public Iterator<E> iterator() {
        return listIterator();
    }

    public ListIterator<E> listIterator(final int index) {
        checkForComodification();
        rangeCheckForAdd(index);

        return new ListIterator<E>() {
            private final ListIterator<E> i = l.listIterator(index+offset);

            public boolean hasNext() {
                return nextIndex() < size;
            }

            public E next() {
                if (hasNext())
                    return i.next();
                else
                    throw new NoSuchElementException();
            }

            public boolean hasPrevious() {
                return previousIndex() >= 0;
            }

            public E previous() {
                if (hasPrevious())
                    return i.previous();
                else
                    throw new NoSuchElementException();
            }

            public int nextIndex() {
                return i.nextIndex() - offset;
            }

            public int previousIndex() {
                return i.previousIndex() - offset;
            }

            public void remove() {
                i.remove();
                SubList.this.modCount = l.modCount;
                size--;
            }

            public void set(E e) {
                i.set(e);
            }

            public void add(E e) {
                i.add(e);
                SubList.this.modCount = l.modCount;
                size++;
            }
        };
    }

    public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) {
        return new SubList<>(this, fromIndex, toIndex);
    }

    private void rangeCheck(int index) {
        if (index < 0 || index >= size)
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }

    private void rangeCheckForAdd(int index) {
        if (index < 0 || index > size)
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }

    private String outOfBoundsMsg(int index) {
        return "Index: "+index+", Size: "+size;
    }

    private void checkForComodification() {
        if (this.modCount != l.modCount)
            throw new ConcurrentModificationException();
    }
}

class RandomAccessSubList<E> extends SubList<E> implements RandomAccess {
    RandomAccessSubList(AbstractList<E> list, int fromIndex, int toIndex) {
        super(list, fromIndex, toIndex);
    }

    public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) {
        return new RandomAccessSubList<>(this, fromIndex, toIndex);
    }
}

ArrayList类的定义

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
    private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;

    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access

    private int size;

    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);
        }
    }

    public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

    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)
                elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
        } else {
            // replace with empty array.
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        }
    }

    public void trimToSize() {
        modCount++;
        if (size < elementData.length) {
            elementData = (size == 0)
              ? EMPTY_ELEMENTDATA
              : Arrays.copyOf(elementData, size);
        }
    }

    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 static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {//如果数组为空，则从size+1的值和默认值10中取最大的
             return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
         }
        return minCapacity;//不为空，则返回size+1
     }

      private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {//这里的minCapacity 是集合当前大小+1
          //elementData 是实际用来存储元素的数组，注意数组的大小和集合的大小不是相等的，前面的size是指集合大小
          ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
      }

    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;

        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }

    private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

     private void grow(int minCapacity) {
         int oldCapacity = elementData.length;//得到原始数组的长度
         int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);//新数组的长度等于原数组长度的1.5倍
         if (newCapacity - minCapacity < 0)//当新数组长度仍然比minCapacity小，则为保证最小长度，新数组等于minCapacity
             newCapacity = minCapacity;
         //MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8 = 2147483639
         if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)//当得到的新数组长度比 MAX_ARRAY_SIZE 大时，调用 hugeCapacity 处理大数组
             newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
         //调用 Arrays.copyOf 将原数组拷贝到一个大小为newCapacity的新数组（注意是拷贝引用）
         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;
    }

    public int size() {
        return size;
    }

    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    public boolean contains(Object o) {
        return indexOf(o) >= 0;
    }

    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;
    }

    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;
    }

    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);
        }
    }

    public Object[] toArray() {
        return Arrays.copyOf(elementData, size);
    }

    @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;
    }

    // Positional Access Operations

    @SuppressWarnings("unchecked")
    E elementData(int index) {
        return (E) elementData[index];
    }

    public E get(int index) {
        rangeCheck(index);

        return elementData(index);
    }

    public E set(int index, E element) {
        rangeCheck(index);//判断索引合法性

        E oldValue = elementData(index);//获得原数组指定索引的元素
        elementData[index] = element;//将指定所引处的元素替换为 element
        return oldValue;//返回原数组索引元素
    }

    public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

    public void add(int index, E element) {
        rangeCheckForAdd(index);

        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                         size - index);
        elementData[index] = element;
        size++;
    }

     public E remove(int index) {
         rangeCheck(index);//判断给定索引的范围，超过集合大小则抛出异常
 
         modCount++;
         E oldValue = elementData(index);//得到索引处的删除元素
 
         int numMoved = size - index - 1;
         if (numMoved > 0)//size-index-1 > 0 表示 0<= index < (size-1),即索引不是最后一个元素
             //通过 System.arraycopy()将数组elementData 的下标index+1之后长度为 numMoved的元素拷贝到从index开始的位置
             System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                              numMoved);
         elementData[--size] = null; //将数组最后一个元素置为 null，便于垃圾回收
 
         return oldValue;
     }

     public boolean remove(Object o) {
         if (o == null) {//如果删除的元素为null
             for (int index = 0; index < size; index++)
                 if (elementData[index] == null) {
                     fastRemove(index);
                     return true;
                 }
         } else {//不为null，通过equals方法判断对象是否相等
             for (int index = 0; index < size; index++)
                 if (o.equals(elementData[index])) {
                     fastRemove(index);
                     return true;
                 }
         }
         return false;
    }

    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
    }

    public void clear() {
        modCount++;

        // clear to let GC do its work
        for (int i = 0; i < size; i++)
            elementData[i] = null;

        size = 0;
    }

    public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
        Object[] a = c.toArray();
        int numNew = a.length;
        ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount
        System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
        size += numNew;
        return numNew != 0;
    }

    public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
        rangeCheckForAdd(index);

        Object[] a = c.toArray();
        int numNew = a.length;
        ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount

        int numMoved = size - index;
        if (numMoved > 0)
            System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,
                             numMoved);

        System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
        size += numNew;
        return numNew != 0;
    }

    protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {
        modCount++;
        int numMoved = size - toIndex;
        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;
    }

    private void rangeCheck(int index) {
        if (index >= size)
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }

    private void rangeCheckForAdd(int index) {
        if (index > size || index < 0)
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }

    private String outOfBoundsMsg(int index) {
        return "Index: "+index+", Size: "+size;
    }

    public boolean removeAll(Collection<?> c) {
        Objects.requireNonNull(c);
        return batchRemove(c, false);
    }

    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;
        boolean modified = false;
        try {
            for (; r < size; r++)
                if (c.contains(elementData[r]) == complement)
                    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;
    }

    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();
        }
    }

    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
            int capacity = calculateCapacity(elementData, size);
            SharedSecrets.getJavaOISAccess().checkArray(s, Object[].class, 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();
            }
        }
    }

    public ListIterator<E> listIterator(int index) {
        if (index < 0 || index > size)
            throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);
        return new ListItr(index);
    }

    public ListIterator<E> listIterator() {
        return new ListItr(0);
    }

    public Iterator<E> iterator() {
        return new Itr();
    }

     private class Itr implements Iterator<E> {
         int cursor;       //游标， 下一个要返回的元素的索引
         int lastRet = -1; // 返回最后一个元素的索引; 如果没有这样的话返回-1.
         int expectedModCount = modCount;
 
         //通过 cursor ！= size 判断是否还有下一个元素
         public boolean hasNext() {
             return cursor != size;
         }
 
         @SuppressWarnings("unchecked")
         public E next() {
             checkForComodification();//迭代器进行元素迭代时同时进行增加和删除操作，会抛出异常
             int i = cursor;
             if (i >= size)
                 throw new NoSuchElementException();
             Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
             if (i >= elementData.length)
                 throw new ConcurrentModificationException();
             cursor = i + 1;//游标向后移动一位
             return (E) elementData[lastRet = i];//返回索引为i处的元素，并将 lastRet赋值为i
         }
 
         public void remove() {
             if (lastRet < 0)
                 throw new IllegalStateException();
             checkForComodification();
 
             try {
                 ArrayList.this.remove(lastRet);//调用ArrayList的remove方法删除元素
                 cursor = lastRet;//游标指向删除元素的位置，本来是lastRet+1的，这里删除一个元素，然后游标就不变了
                 lastRet = -1;//lastRet恢复默认值-1
                 expectedModCount = modCount;//expectedModCount值和modCount同步，因为进行add和remove操作，modCount会加1
             } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
                 throw new ConcurrentModificationException();
             }
         }
 
         @Override
         @SuppressWarnings("unchecked")
         public void forEachRemaining(Consumer<? super E> consumer) {//便于进行forEach循环
             Objects.requireNonNull(consumer);
             final int size = ArrayList.this.size;
             int i = cursor;
             if (i >= size) {
                 return;
             }
             final Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
             if (i >= elementData.length) {
                 throw new ConcurrentModificationException();
             }
             while (i != size && modCount == expectedModCount) {
                 consumer.accept((E) elementData[i++]);
             }
             // update once at end of iteration to reduce heap write traffic
             cursor = i;
             lastRet = i - 1;
             checkForComodification();
         }
 
         //前面在新增元素add() 和 删除元素 remove() 时，我们可以看到 modCount++。修改set() 是没有的
         //也就是说不能在迭代器进行元素迭代时进行增加和删除操作，否则抛出异常
         final void checkForComodification() {
             if (modCount != expectedModCount)
                 throw new ConcurrentModificationException();
         }
     }

     //注意 内部类 ListItr 继承了另一个内部类 Itr
     private class ListItr extends Itr implements ListIterator<E> {
         ListItr(int index) {//构造函数，进行游标初始化
             super();
             cursor = index;
          }
 
         public boolean hasPrevious() {//判断是否有上一个元素
             return cursor != 0;
         }
 
         public int nextIndex() {//返回下一个元素的索引
             return cursor;
         }
 
         public int previousIndex() {//返回上一个元素的索引
             return cursor - 1;
         }
 
         //该方法获取当前索引的上一个元素
         @SuppressWarnings("unchecked")
         public E previous() {
             checkForComodification();//迭代器进行元素迭代时同时进行增加和删除操作，会抛出异常
             int i = cursor - 1;
             if (i < 0)
                 throw new NoSuchElementException();
             Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
             if (i >= elementData.length)
                 throw new ConcurrentModificationException();
             cursor = i;//游标指向上一个元素
             return (E) elementData[lastRet = i];//返回上一个元素的值
         }
 
         
         public void set(E e) {
             if (lastRet < 0)
                 throw new IllegalStateException();
             checkForComodification();
 
             try {
                 ArrayList.this.set(lastRet, e);
             } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
                 throw new ConcurrentModificationException();
             }
         }
 
         //相比于迭代器 Iterator ，这里多了一个新增操作
         public void add(E e) {
             checkForComodification();
 
             try {
                 int i = cursor;
                 ArrayList.this.add(i, e);
                 cursor = i + 1;
                 lastRet = -1;
                 expectedModCount = modCount;
             } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
                 throw new ConcurrentModificationException();
             }
         }
     }

    public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) {
        subListRangeCheck(fromIndex, toIndex, size);
        return new SubList(this, 0, fromIndex, toIndex);
    }

    static void subListRangeCheck(int fromIndex, int toIndex, int size) {
        if (fromIndex < 0)
            throw new IndexOutOfBoundsException("fromIndex = " + fromIndex);
        if (toIndex > size)
            throw new IndexOutOfBoundsException("toIndex = " + toIndex);
        if (fromIndex > toIndex)
            throw new IllegalArgumentException("fromIndex(" + fromIndex +
                                               ") > toIndex(" + toIndex + ")");
    }

    private class SubList extends AbstractList<E> implements RandomAccess {
        private final AbstractList<E> parent;
        private final int parentOffset;
        private final int offset;
        int size;

        SubList(AbstractList<E> parent,
                int offset, int fromIndex, int toIndex) {
            this.parent = parent;
            this.parentOffset = fromIndex;
            this.offset = offset + fromIndex;
            this.size = toIndex - fromIndex;
            this.modCount = ArrayList.this.modCount;
        }

        public E set(int index, E e) {
            rangeCheck(index);
            checkForComodification();
            E oldValue = ArrayList.this.elementData(offset + index);
            ArrayList.this.elementData[offset + index] = e;
            return oldValue;
        }

        public E get(int index) {
            rangeCheck(index);
            checkForComodification();
            return ArrayList.this.elementData(offset + index);
        }

        public int size() {
            checkForComodification();
            return this.size;
        }

        public void add(int index, E e) {
            rangeCheckForAdd(index);
            checkForComodification();
            parent.add(parentOffset + index, e);
            this.modCount = parent.modCount;
            this.size++;
        }

        public E remove(int index) {
            rangeCheck(index);
            checkForComodification();
            E result = parent.remove(parentOffset + index);
            this.modCount = parent.modCount;
            this.size--;
            return result;
        }

        protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {
            checkForComodification();
            parent.removeRange(parentOffset + fromIndex,
                               parentOffset + toIndex);
            this.modCount = parent.modCount;
            this.size -= toIndex - fromIndex;
        }

        public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
            return addAll(this.size, c);
        }

        public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
            rangeCheckForAdd(index);
            int cSize = c.size();
            if (cSize==0)
                return false;

            checkForComodification();
            parent.addAll(parentOffset + index, c);
            this.modCount = parent.modCount;
            this.size += cSize;
            return true;
        }

        public Iterator<E> iterator() {
            return listIterator();
        }

        public ListIterator<E> listIterator(final int index) {
            checkForComodification();
            rangeCheckForAdd(index);
            final int offset = this.offset;

            return new ListIterator<E>() {
                int cursor = index;
                int lastRet = -1;
                int expectedModCount = ArrayList.this.modCount;

                public boolean hasNext() {
                    return cursor != SubList.this.size;
                }

                @SuppressWarnings("unchecked")
                public E next() {
                    checkForComodification();
                    int i = cursor;
                    if (i >= SubList.this.size)
                        throw new NoSuchElementException();
                    Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
                    if (offset + i >= elementData.length)
                        throw new ConcurrentModificationException();
                    cursor = i + 1;
                    return (E) elementData[offset + (lastRet = i)];
                }

                public boolean hasPrevious() {
                    return cursor != 0;
                }

                @SuppressWarnings("unchecked")
                public E previous() {
                    checkForComodification();
                    int i = cursor - 1;
                    if (i < 0)
                        throw new NoSuchElementException();
                    Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
                    if (offset + i >= elementData.length)
                        throw new ConcurrentModificationException();
                    cursor = i;
                    return (E) elementData[offset + (lastRet = i)];
                }

                @SuppressWarnings("unchecked")
                public void forEachRemaining(Consumer<? super E> consumer) {
                    Objects.requireNonNull(consumer);
                    final int size = SubList.this.size;
                    int i = cursor;
                    if (i >= size) {
                        return;
                    }
                    final Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
                    if (offset + i >= elementData.length) {
                        throw new ConcurrentModificationException();
                    }
                    while (i != size && modCount == expectedModCount) {
                        consumer.accept((E) elementData[offset + (i++)]);
                    }
                    // update once at end of iteration to reduce heap write traffic
                    lastRet = cursor = i;
                    checkForComodification();
                }

                public int nextIndex() {
                    return cursor;
                }

                public int previousIndex() {
                    return cursor - 1;
                }

                public void remove() {
                    if (lastRet < 0)
                        throw new IllegalStateException();
                    checkForComodification();

                    try {
                        SubList.this.remove(lastRet);
                        cursor = lastRet;
                        lastRet = -1;
                        expectedModCount = ArrayList.this.modCount;
                    } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
                        throw new ConcurrentModificationException();
                    }
                }

                public void set(E e) {
                    if (lastRet < 0)
                        throw new IllegalStateException();
                    checkForComodification();

                    try {
                        ArrayList.this.set(offset + lastRet, e);
                    } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
                        throw new ConcurrentModificationException();
                    }
                }

                public void add(E e) {
                    checkForComodification();

                    try {
                        int i = cursor;
                        SubList.this.add(i, e);
                        cursor = i + 1;
                        lastRet = -1;
                        expectedModCount = ArrayList.this.modCount;
                    } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
                        throw new ConcurrentModificationException();
                    }
                }

                final void checkForComodification() {
                    if (expectedModCount != ArrayList.this.modCount)
                        throw new ConcurrentModificationException();
                }
            };
        }

        public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) {
            subListRangeCheck(fromIndex, toIndex, size);
            return new SubList(this, offset, fromIndex, toIndex);
        }

        private void rangeCheck(int index) {
            if (index < 0 || index >= this.size)
                throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
        }

        private void rangeCheckForAdd(int index) {
            if (index < 0 || index > this.size)
                throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
        }

        private String outOfBoundsMsg(int index) {
            return "Index: "+index+", Size: "+this.size;
        }

        private void checkForComodification() {
            if (ArrayList.this.modCount != this.modCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
        }

        public Spliterator<E> spliterator() {
            checkForComodification();
            return new ArrayListSpliterator<E>(ArrayList.this, offset,
                                               offset + this.size, this.modCount);
        }
    }

    @Override
    public void forEach(Consumer<? super E> action) {
        Objects.requireNonNull(action);
        final int expectedModCount = modCount;
        @SuppressWarnings("unchecked")
        final E[] elementData = (E[]) this.elementData;
        final int size = this.size;
        for (int i=0; modCount == expectedModCount && i < size; i++) {
            action.accept(elementData[i]);
        }
        if (modCount != expectedModCount) {
            throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }

    @Override
    public Spliterator<E> spliterator() {
        return new ArrayListSpliterator<>(this, 0, -1, 0);
    }

    /** Index-based split-by-two, lazily initialized Spliterator */
    static final class ArrayListSpliterator<E> implements Spliterator<E> {
        private final ArrayList<E> list;
        private int index; // current index, modified on advance/split
        private int fence; // -1 until used; then one past last index
        private int expectedModCount; // initialized when fence set

        /** Create new spliterator covering the given  range */
        ArrayListSpliterator(ArrayList<E> list, int origin, int fence,
                             int expectedModCount) {
            this.list = list; // OK if null unless traversed
            this.index = origin;
            this.fence = fence;
            this.expectedModCount = expectedModCount;
        }

        private int getFence() { // initialize fence to size on first use
            int hi; // (a specialized variant appears in method forEach)
            ArrayList<E> lst;
            if ((hi = fence) < 0) {
                if ((lst = list) == null)
                    hi = fence = 0;
                else {
                    expectedModCount = lst.modCount;
                    hi = fence = lst.size;
                }
            }
            return hi;
        }

        public ArrayListSpliterator<E> trySplit() {
            int hi = getFence(), lo = index, mid = (lo + hi) >>> 1;
            return (lo >= mid) ? null : // divide range in half unless too small
                new ArrayListSpliterator<E>(list, lo, index = mid,
                                            expectedModCount);
        }

        public boolean tryAdvance(Consumer<? super E> action) {
            if (action == null)
                throw new NullPointerException();
            int hi = getFence(), i = index;
            if (i < hi) {
                index = i + 1;
                @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E)list.elementData[i];
                action.accept(e);
                if (list.modCount != expectedModCount)
                    throw new ConcurrentModificationException();
                return true;
            }
            return false;
        }

        public void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) {
            int i, hi, mc; // hoist accesses and checks from loop
            ArrayList<E> lst; Object[] a;
            if (action == null)
                throw new NullPointerException();
            if ((lst = list) != null && (a = lst.elementData) != null) {
                if ((hi = fence) < 0) {
                    mc = lst.modCount;
                    hi = lst.size;
                }
                else
                    mc = expectedModCount;
                if ((i = index) >= 0 && (index = hi) <= a.length) {
                    for (; i < hi; ++i) {
                        @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) a[i];
                        action.accept(e);
                    }
                    if (lst.modCount == mc)
                        return;
                }
            }
            throw new ConcurrentModificationException();
        }

        public long estimateSize() {
            return (long) (getFence() - index);
        }

        public int characteristics() {
            return Spliterator.ORDERED | Spliterator.SIZED | Spliterator.SUBSIZED;
        }
    }

    @Override
    public boolean removeIf(Predicate<? super E> filter) {
        Objects.requireNonNull(filter);
        // figure out which elements are to be removed
        // any exception thrown from the filter predicate at this stage
        // will leave the collection unmodified
        int removeCount = 0;
        final BitSet removeSet = new BitSet(size);
        final int expectedModCount = modCount;
        final int size = this.size;
        for (int i=0; modCount == expectedModCount && i < size; i++) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            final E element = (E) elementData[i];
            if (filter.test(element)) {
                removeSet.set(i);
                removeCount++;
            }
        }
        if (modCount != expectedModCount) {
            throw new ConcurrentModificationException();
        }

        // shift surviving elements left over the spaces left by removed elements
        final boolean anyToRemove = removeCount > 0;
        if (anyToRemove) {
            final int newSize = size - removeCount;
            for (int i=0, j=0; (i < size) && (j < newSize); i++, j++) {
                i = removeSet.nextClearBit(i);
                elementData[j] = elementData[i];
            }
            for (int k=newSize; k < size; k++) {
                elementData[k] = null;  // Let gc do its work
            }
            this.size = newSize;
            if (modCount != expectedModCount) {
                throw new ConcurrentModificationException();
            }
            modCount++;
        }

        return anyToRemove;
    }

    @Override
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public void replaceAll(UnaryOperator<E> operator) {
        Objects.requireNonNull(operator);
        final int expectedModCount = modCount;
        final int size = this.size;
        for (int i=0; modCount == expectedModCount && i < size; i++) {
            elementData[i] = operator.apply((E) elementData[i]);
        }
        if (modCount != expectedModCount) {
            throw new ConcurrentModificationException();
        }
        modCount++;
    }

    @Override
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public void sort(Comparator<? super E> c) {
        final int expectedModCount = modCount;
        Arrays.sort((E[]) elementData, 0, size, c);
        if (modCount != expectedModCount) {
            throw new ConcurrentModificationException();
        }
        modCount++;
    }
}

ArrayList 是一个用数组实现的集合，支持随机访问，元素有序且可以重复。

　①、实现 RandomAccess 接口

　　这是一个标记接口，一般此标记接口用于 List 实现，以表明它们支持快速（通常是恒定时间）的随机访问。该接口的主要目的是允许通用算法改变其行为，以便在应用于随机或顺序访问列表时提供良好的性能。

　　比如在工具类 Collections(这个工具类后面会详细讲解)中，应用二分查找方法时判断是否实现了 RandomAccess 接口：

     int binarySearch(List<? extends Comparable<? super T>> list, T key) {
         if (list instanceof RandomAccess || list.size()<BINARYSEARCH_THRESHOLD)
             return Collections.indexedBinarySearch(list, key);
         else
             return Collections.iteratorBinarySearch(list, key);
     }

　　②、实现 Cloneable 接口

　　这个类是 java.lang.Cloneable，前面我们讲解深拷贝和浅拷贝的原理时，我们介绍了浅拷贝可以通过调用 Object.clone() 方法来实现，但是调用该方法的对象必须要实现 Cloneable 接口，否则会抛出 CloneNoSupportException异常。

　　Cloneable 和 RandomAccess 接口一样也是一个标记接口，接口内无任何方法体和常量的声明，也就是说如果想克隆对象，必须要实现 Cloneable 接口，表明该类是可以被克隆的。

　　③、实现 Serializable 接口

　　这个没什么好说的，也是标记接口，表示能被序列化。

　　④、实现 List 接口

　　这个接口是 List 类集合的上层接口，定义了实现该接口的类都必须要实现的一组方法，如下所示

        //集合的默认大小
        private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
        //空的数组实例
        private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
        //这也是一个空的数组实例，和EMPTY_ELEMENTDATA空数组相比是用于了解添加元素时数组膨胀多少
        private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
        //存储 ArrayList集合的元素，集合的长度即这个数组的长度
        //1、当 elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 时将会清空 ArrayList
        //2、当添加第一个元素时，elementData 长度会扩展为 DEFAULT_CAPACITY=10
        transient Object[] elementData;
        //表示集合的长度
        private int size;

构造函数

     public ArrayList() {
         this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
     }

　　此无参构造函数将创建一个 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 声明的数组，注意此时初始容量是0，而不是大家以为的 10。

　　注意：根据默认构造函数创建的集合，ArrayList list = new ArrayList();此时集合长度是0.

    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);
        }
    }

　　初始化集合大小创建 ArrayList 集合。当大于0时，给定多少那就创建多大的数组；当等于0时，创建一个空数组；当小于0时，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)
                 elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
         } else {
             // replace with empty array.
             this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
         }
     }

　　这是将已有的集合复制到 ArrayList 集合中去。

添加元素

　　通过前面的字段属性和构造函数，我们知道 ArrayList 集合是由数组构成的，那么向 ArrayList 中添加元素，也就是向数组赋值。我们知道一个数组的声明是能确定大小的，而使用 ArrayList 时，好像是能添加任意多个元素，这就涉及到数组的扩容。

　　扩容的核心方法就是调用前面我们讲过的Arrays.copyOf 方法，创建一个更大的数组，然后将原数组元素拷贝过去即可。下面我们看看具体实现：

    public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  //添加元素之前，首先要确定集合的大小
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

在通过调用 add 方法添加元素之前，我们要首先调用 ensureCapacityInternal 方法来确定集合的大小，如果集合满了，则要进行扩容操作。

　　在 ensureExplicitCapacity 方法中，首先对修改次数modCount加一，这里的modCount给ArrayList的迭代器使用的，在并发操作被修改时，提供快速失败行为（保证modCount在迭代期间不变，否则抛出ConcurrentModificationException异常，可以查看源码865行），接着判断minCapacity是否大于当前ArrayList内部数组长度，大于的话调用grow方法对内部数组elementData扩容

　　对于 ArrayList 集合添加元素，我们总结一下：

　　①、当通过 ArrayList() 构造一个空集合，初始长度是为0的，第 1 次添加元素，会创建一个长度为10的数组，并将该元素赋值到数组的第一个位置。

　　②、第 2 次添加元素，集合不为空，而且由于集合的长度size+1是小于数组的长度10，所以直接添加元素到数组的第二个位置，不用扩容。

　　③、第 11 次添加元素，此时 size+1 = 11，而数组长度是10，这时候创建一个长度为10+10*0.5 = 15 的数组（扩容1.5倍），然后将原数组元素引用拷贝到新数组。并将第 11 次添加的元素赋值到新数组下标为10的位置。

　　④、第 Integer.MAX_VALUE - 8 = 2147483639，然后 2147483639%1.5=1431655759（这个数是要进行扩容） 次添加元素，为了防止溢出，此时会直接创建一个 1431655759+1 大小的数组，这样一直，每次添加一个元素，都只扩大一个范围。

　　⑤、第 Integer.MAX_VALUE - 7 次添加元素时，创建一个大小为 Integer.MAX_VALUE 的数组，在进行元素添加。

　　⑥、第 Integer.MAX_VALUE + 1 次添加元素时，抛出 OutOfMemoryError 异常。

　　注意：能向集合中添加 null 的，因为数组可以有 null 值存在。

 Object[] obj = {null,1};
 
 ArrayList list = new ArrayList();
 list.add(null);
 list.add(1);
 System.out.println(list.size());//2

删除元素

　　①、根据索引删除元素

　　remove(int index) 方法表示删除索引index处的元素，首先通过 rangeCheck(index) 方法判断给定索引的范围，超过集合大小则抛出异常；接着通过 System.arraycopy 方法对数组进行自身拷贝。关于这个方法的用法可以参考这篇博客。

　　②、直接删除指定元素

　　remove(Object o)方法是删除第一次出现的该元素。然后通过System.arraycopy进行数组自身拷贝。

修改元素

　通过调用 set(int index, E element) 方法在指定索引 index 处的元素替换为 element。并返回原数组的元素。

　通过调用 rangeCheck(index) 来检查索引合法性。

　当索引为负数时，会抛出 java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException 异常。当索引大于集合长度时，会抛出 IndexOutOfBoundsException 异常。

查找元素

　　①、根据索引查找元素

　　同理，首先还是判断给定索引的合理性，然后直接返回处于该下标位置的数组元素。

　　②、根据元素查找索引

　　注意：indexOf(Object o) 方法是返回第一次出现该元素的下标，如果没有则返回 -1。

　　还有 lastIndexOf(Object o) 方法是返回最后一次出现该元素的下标。

遍历集合

　　①、普通 for 循环遍历

　　前面我们介绍查找元素时，知道可以通过get(int index)方法，根据索引查找元素，那么遍历同理：

 ArrayList list = new ArrayList();
 list.add("a");
 list.add("b");
 list.add("c");
 for(int i = 0 ; i < list.size() ; i++){
     System.out.print(list.get(i)+" ");
 }

　　②、迭代器 iterator

　　先看看具体用法：

 ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
 list.add("a");
 list.add("b");
 list.add("c");
 Iterator<String> it = list.iterator();
 while(it.hasNext()){
     String str = it.next();
     System.out.print(str+" ");
 }

　　在介绍 ArrayList 时，我们知道该类实现了 List 接口，而 List 接口又继承了 Collection 接口，Collection 接口又继承了 Iterable 接口，该接口有个 Iterator<T> iterator() 方法，能获取 Iterator 对象，能用该对象进行集合遍历，为什么能用该对象进行集合遍历？我们再看看 ArrayList 类中的该方法实现：

　　该方法是返回一个 Itr 对象，这个类是 ArrayList 的内部类。

　　注意在进行 next() 方法调用的时候，会进行 checkForComodification() 调用，该方法表示迭代器进行元素迭代时，如果同时进行增加和删除操作，会抛出 ConcurrentModificationException 异常。比如：

　　注意在进行 next() 方法调用的时候，会进行 checkForComodification() 调用，该方法表示迭代器进行元素迭代时，如果同时进行增加和删除操作，会抛出 ConcurrentModificationException 异常。比如：

 ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
 list.add("a");
 list.add("b");
 list.add("c");
 Iterator<String> it = list.iterator();
 while(it.hasNext()){
     String str = it.next();
     System.out.print(str+" ");
     list.remove(str);//集合遍历时进行删除或者新增操作，都会抛出 ConcurrentModificationException 异常
     //list.add(str);
     list.set(0, str);//修改操作不会造成异常
 }

　　解决办法是不调用 ArrayList.remove() 方法，转而调用 迭代器的 remove() 方法：

 Iterator<String> it = list.iterator();
 while(it.hasNext()){
     String str = it.next();
     System.out.print(str+" ");
     //list.remove(str);//集合遍历时进行删除或者新增操作，都会抛出 ConcurrentModificationException 异常
     it.remove();
 }

　　注意：迭代器只能向后遍历，不能向前遍历，能够删除元素，但是不能新增元素。

　　③、迭代器的变种 forEach

 ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
 list.add("a");
 list.add("b");
 list.add("c");
 for(String str : list){
     System.out.print(str + " ");
 }

　　这种语法可以看成是 JDK 的一种语法糖，通过反编译 class 文件，我们可以看到生成的 java 文件，其具体实现还是通过调用 Iterator 迭代器进行遍历的。如下：

         ArrayList list = new ArrayList();
         list.add("a");
         list.add("b");
         list.add("c");
         String str;
         for (Iterator iterator1 = list.iterator(); iterator1.hasNext(); System.out.print((new StringBuilder(String.valueOf(str))).append(" ").toString()))
             str = (String)iterator1.next();

　　④、迭代器 ListIterator

　　还是先看看具体用法：

 ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
 list.add("a");
 list.add("b");
 list.add("c");
 ListIterator<String> listIt = list.listIterator();
 
 //向后遍历
 while(listIt.hasNext()){
     System.out.print(listIt.next()+" ");//a b c
 }
 
 //向后前遍历,此时由于上面进行了向后遍历，游标已经指向了最后一个元素，所以此处向前遍历能有值
 while(listIt.hasPrevious()){
     System.out.print(listIt.previous()+" ");//c b a
 }

　　还能一边遍历，一边进行新增或者删除操作：

 ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
 list.add("a");
 list.add("b");
 list.add("c");
 ListIterator<String> listIt = list.listIterator();
 
 //向后遍历
 while(listIt.hasNext()){
     System.out.print(listIt.next()+" ");//a b c
     listIt.add("1");//在每一个元素后面增加一个元素 "1"
 }
 
 //向后前遍历,此时由于上面进行了向后遍历，游标已经指向了最后一个元素，所以此处向前遍历能有值
 while(listIt.hasPrevious()){
     System.out.print(listIt.previous()+" ");//1 c 1 b 1 a 
 }

　　也就是说相比于 Iterator 迭代器，这里的 ListIterator 多出了能向前迭代，以及能够新增元素。下面我们看看具体实现：

　　对于  Iterator 迭代器，我们查看 JDK 源码，发现还有 ListIterator 接口继承了 Iterator:

SubList

　　作用是返回从 fromIndex(包括) 开始的下标，到 toIndex(不包括) 结束的下标之间的元素视图。如下：

 ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
 list.add("a");
 list.add("b");
 list.add("c");
 
 List<String> subList = list.subList(0, 1);
 for(String str : subList){
     System.out.print(str + " ");//a
 }

　　这里出现了 SubList 类，这也是 ArrayList 中的一个内部类。

　　注意：返回的是原集合的视图，也就是说，如果对 subList 出来的集合进行修改或新增操作，那么原始集合也会发生同样的操作。

 ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
 list.add("a");
 list.add("b");
 list.add("c");
 
 List<String> subList = list.subList(0, 1);
  for(String str : subList){
     System.out.print(str + " ");//a
 }
 subList.add("d");
 System.out.println(subList.size());//2
 System.out.println(list.size());//4,原始集合长度也增加了

　想要独立出来一个集合，解决办法如下：

List<String> subList = new ArrayList<>(list.subList(0, 1));

size()

　　注意：返回集合的长度，而不是数组的长度，这里的 size 就是定义的全局变量。

isEmpty()

　　返回 size == 0 的结果。

trimToSize()

　   该方法用于回收多余的内存。也就是说一旦我们确定集合不在添加多余的元素之后，调用 trimToSize() 方法会将实现集合的数组大小刚好调整为集合元素的大小。

　　注意：该方法会花时间来复制数组元素，所以应该在确定不会添加元素之后在调用。