ArrayList简介：

java.util.ArrayList 是我们最常用的一个类，ArrayList 底层是动态数组，读者可以把它理解为数组的实现

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>

	implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{

}

如上代码我们可以看到 ArrayList 继承了 AbstractList() 抽象类，并实现了 List, RandomAccess, Cloneable, Serializable 接口

AbstractList :

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

可以看到AbstractList 继承了 AbstractCollection 接口, 并实现了List 接口

AbstractCollection :

public abstract class AbstractCollection<E> implements Collection<E> {}

AbstractCollection 是一个抽象类，实现了Collection 接口，并提供了某些方法的具体实现。

Collection：

Collection 是一个顶级接口，是很多集合类的顶级接口，继承了Iterable ，支持轻量级遍历其中元素

public interface Collection<E> extends Iterable<E> {}

List :

ArrayList 实现了List接口，List 也是一个和Collection 媲美的顶级接口，继承了Collection 接口

public interface List<E> extends Collection<E> {}

它是许多集合类的父类,

eg:

List list = new ArrayList();

List list2 = new LinkedList();

RandomAccess

RandomAccess 也是一个顶级接口，实现了此接口的类支持随机访问

Cloneable

Cloneable 接口是一个顶级接口，实现了此接口的类支持浅拷贝

Serializable

实现此接口的类支持序列化的功能

类之间的继承关系如图

ArrayList 相关方法介绍

trimToSize()

代码表示

实践才是检验真理最好的方式：

import java.util.*;

/**

 * 详述ArrayList 基本用法

 */

public class ArrayListTest {

    private static class SortList implements Comparator<String> {

        @Override

        public int compare(String o1, String o2) {

            Integer i1 = Integer.valueOf(o1);

            Integer i2 = Integer.valueOf(o2);

            if(i1 < i2){

                return -1;

            }else if(i1 == i2){

                return 0;

            }

            return 1;

        }

    }

    // 使用可变参数，能够接受任意个参数

    public Set<String> putSet(String...args){

        Set<String> sets = new HashSet<>();

        for(String str : args){

            sets.add(str);

        }

        return sets;

    }

    public static void main(String[] args) {

        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();

        list.add("111");

        list.add("222");

        // 在指定位置添加元素

        list.add(0,"333");

        System.out.println(list);

        // 进行外部排序

        list.sort(new SortList());

        System.out.println(list);

        list.clear();

        System.out.println(list.size());

        // 使用addAll添加元素

        ArrayListTest at = new ArrayListTest();

        list.addAll(at.putSet("1","2","3"));

        Iterator<String> it = list.iterator();

        while(it.hasNext()){

            System.out.println(it.next());

            // 移除所有元素

            it.remove();

        }

        System.out.println("list是否为空 ? " + list.isEmpty());

        list.add("111");

        // 在指定位置添加一个set集合

        list.addAll(0,at.putSet("1","2","3"));

        System.out.println(list);

        // 是否包含指定元素

        if(list.contains("111")) {

            list.remove("111");

        }

        System.out.println(list);

        System.out.println(list.indexOf("1"));

        // 注意subList()这个方法是左开右闭区间，Java 中很多都是类似的

        System.out.println(list.subList(0,3));

        // 扩大list的容量

        list.ensureCapacity(10);

        // 去掉list空闲的容量

        list.trimToSize();

        // 获取某个特定的元素

        System.out.println(list.get(1));

        // 创建一个list的双向链表

        ListIterator<String> listIterator = list.listIterator();

        while(listIterator.hasNext()){

            // 移到list的末端

            System.out.println(listIterator.next());

        }

        System.out.println("--------------------------");

        while (listIterator.hasPrevious()){

            // 移到list的首端

            System.out.println(listIterator.previous());

        }

        // 把list转换为数组

        Object[] objects = list.toArray();

        System.out.println("objects = " + objects);

    }

}

相关方法源码分析

源码的具体分析是根据上面的代码示例得出，因为只看源码好像并不能看懂什么，需要根据具体的代码一步一步debug 进行跟踪

add()方法

解释：添加指定的元素在list的末尾

	/**

     * 添加指定的元素在list的末尾

     */

	// 假设第一次添加的是 "111"

    public boolean add(E e) {

        // size是0，所以size + 1 传的是1

        ensureCapacityInternal(size + 1);

        // elementData[0] = 111 , size++ = 1

        elementData[size++] = e;

        return true;

    }

	// 此方法用来进行list 扩容

	private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {

        // 此时elementData 并没有存储元素，为0

        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {

            // 则minCapacity 取默认初始容量和minCapacity 的最大值 (取1 和 10的最大值)

            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);

        }

        // 确保清晰的容量(最小容量与List元素的比较)

        ensureExplicitCapacity(minCapacity);

    }

	// 在list中添加了一个元素，所以会导致结构化的修改，"结构化的修改"见下面解释

	// 此时minCapacity 为 10

	private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {

        // 次数 + 1

        // 这个列表被修改结构的次数(比如添加和删除元素)会用modCount表示. 结构化修改是指的是能够

        // 改变列表容量的操作，或者其他方式改变它，导致遍历的过程会产生错误的结果。

        modCount++;

        // overflow-conscious code

        // 10 - 0 > 0 走grow 方法

        if (minCapacity - elementData.length > 0)

            grow(minCapacity);

    }

	/**

     * 增加容量确保容纳足够的元素

     *

     * 参数传过来的是10

     */

    private void grow(int minCapacity) {

        // overflow-conscious code

        // oldCapacity = 0

        int oldCapacity = elementData.length;

		// newCapacity = 0

        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);

   		// newCapacity - minCapacity = -10

        if (newCapacity - minCapacity < 0)

            // newCapacity = 10

            newCapacity = minCapacity;

        // MAX_ARRAY_SIZE = 数组分配的最大空间 = 2147483639

        // 一般情况下不会比 MAX_ARRAY_SIZE 还要大

        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)

            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);

        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:

        // 底层还是用的System.arraycopy(), 关于System.arrayCopy() 读者可以参考我的另一篇博客

        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);

    }

相关常用的基本数据类型包装类的值： Java基本数据类型包装类常用的值

add(int index, E element)

解释：在list中指定位置插入指定的元素，如果当前位置有元素，就移动当前位置的元素

	/**

     * 在list中指定位置插入指定的元素，如果当前位置有元素，就移动当前位置的元素

     * 要插入的位置的后面所有元素的位置向前 + 1

     *

     */

    public void add(int index, E element) {

        // 检查 0 这个位置是否越界

        rangeCheckForAdd(index);

        // 不再赘述，读者可以自行debug

        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!

        // 因为从当前位置插入元素，所以当前位置及后面的元素都会向后移动

        // 使用System.arraycopy 进行数组复制

        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,

                         size - index);

        // 为当前元素赋值

        elementData[index] = element;

        size++;

    }

	/**

     * 为add 和 addall 提供的范围检查, 不符合条件，抛出IndexOutOfBoundsException 异常

     */

    private void rangeCheckForAdd(int index) {

        if (index > size || index < 0)

            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));

    }

Clear()

解释：移除列表中的所有元素

	/**

     * 移除list列表中所有的元素，列表会变为空列表在调用此方法后

     *

     */

    public void clear() {

        // 修改次数 + 1

        modCount++;

        // clear to let GC do its work

        // 把每个变量置空，GC进行回收

        for (int i = 0; i < size; i++)

            elementData[i] = null;

        // 列表的长度变为0

        size = 0;

    }

这个方法的源码理解起来还是比较简单的

addAll(Collection<? extends E> c)

解释： 把一个Collection集合添加到list末尾

	/**

     * 把一个Collection集合(实现了此接口的类)添加到list的末尾，按着迭代的顺序返回。

     * 此操作的行为是如果在此方法调用的过程中修改了Collection(实现了此接口的类)的话，

     * 那么这个操作不会成功

     */

    public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {

        // 把Collection 转换为 Object[] 数组

        Object[] a = c.toArray();

        // 数组中有三个元素

        int numNew = a.length;

        // 因为上面的操作调用了一次list.clear()方法，所以list.size = 0

        ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount

        // 一句话解释： 把a 数组中0个位置的元素 复制到 elementData数组中 第size个位置的元素，

        // 复制的长度为 numNew

        System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);

        size += numNew;

        return numNew != 0;

    }

	// toArray()方法：	

	/**

     * 返回一个数组，包含了所有的元素(从第一个元素到最后一个元素)

     * 返回的数组是很"安全的"因为列表没有引用可以维持(换句话说，这个方法必须分配一个新数组)

     * 调用者因此可以任意修改返回的数组

     * 这个方法是数组 和 集合之间的桥梁

     */

    public Object[] toArray() {

        return Arrays.copyOf(elementData, size);

    }

iterator(), hasNext(), next()

解释：Iterator方法用于遍历list中的元素，返回一个Itr 的内部类，hasNext()方法用于判断list 中是否还有未遍历的元素，next()方法用于获取下一个元素

	/**

     * 以适当的顺序返回此列表中元素的迭代器

     * 返回的iterator 支持fail-fast 机制

     */

    public Iterator<E> iterator() {

        return new Itr();

    }

	/**

     * Itr 是一个内部类，实现了Iterator接口，可支持快速遍历

     */

    private class Itr implements Iterator<E> {

        // 下一个元素返回的下标

        int cursor;       // index of next element to return

        // 最后一个元素返回的下标， 如果没有返回-1

        int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such

        // expectedModCount 期望的修改次数，默认是和modCount(修改次数相同，用于iterator判断fail-fast机制)

        int expectedModCount = modCount;

        public boolean hasNext() {

            return cursor != size;

        }

        @SuppressWarnings("unchecked")

        public E next() {

            // 判断遍历的过程中是否触发fail-fast机制

            checkForComodification();

            int i = cursor;

            if (i >= size)

                throw new NoSuchElementException();

            Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;

            if (i >= elementData.length)

                throw new ConcurrentModificationException();

            cursor = i + 1;

            return (E) elementData[lastRet = i];

        }

        public void remove() {

            // 如果lastRet < 0，说明 lastRet 没有被改变，

            // 所以应该是没有调用next()就调用了remove()

            if (lastRet < 0)

                throw new IllegalStateException();

            checkForComodification();

            try {

                ArrayList.this.remove(lastRet);

                cursor = lastRet;

                lastRet = -1;

                expectedModCount = modCount;

            } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {

                throw new ConcurrentModificationException();

            }

        }

        @Override

        @SuppressWarnings("unchecked")

        public void forEachRemaining(Consumer<? super E> consumer) {

            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++]);

            }

            cursor = i;

            lastRet = i - 1;

            checkForComodification();

        }

        // 如果修改次数不满足预期修改次数的话，抛出异常

        final void checkForComodification() {

            if (modCount != expectedModCount)

                throw new ConcurrentModificationException();

        }

    }

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

解释：在某个位置添加Collection集合

	/**

     * 在指定的位置下标插入一个Collection集合

     */

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

        rangeCheckForAdd(index);

        Object[] a = c.toArray();

        int numNew = a.length;

        ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount

        // 需要移动的元素个数

        int numMoved = size - index;

        if (numMoved > 0)

            // 第一次数组复制，从elementData中的index位置开始，复制到index + numNew位置上，复制numMoved个元素

            System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,

                             numMoved);

        // 第二次数组复制,从a 数组中的第0个位置开始，复制到elementData第index位置上你，复制numNew个元素

        System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);

        size += numNew;

        return numNew != 0;

    }

contains(Object o)

解释：判断list列表是否包含某个元素

	/**

     * 返回true，如果这个列表包含指定的元素

     * 更进一步来说，当且仅当list包含至少一个元素的情况下，返回true

     */

    public boolean contains(Object o) {

        return indexOf(o) >= 0;

    }

	/**

     * 返回列表中第一次出现指定元素的下标值，如果不包含指定元素，则返回-1。

     * 更进一步来说，返回最小的索引当(o == null ? get(i) == null : o.equals(get(i)))的时候

     * 或者返回-1 没有此下标值

     *

     */

    public int indexOf(Object o) {

        // 如果o这个对象等于null，就判断elementData中是否有空元素，如果有，返回

        if (o == null) {

            for (int i = 0; i < size; i++)

                if (elementData[i]==null)

                    return i;

        } else {

            // 如果不为null，返回这个值的存储位置

            for (int i = 0; i < size; i++)

                if (o.equals(elementData[i]))

                    return i;

        }

        return -1;

    }

remove(Object o)

解释：移除list中的某个元素

	/**

     * 如果存在，则移除list中某个第一次出现的元素。如果这个list不包含指定元素，就不会改变

     *

     */

    public boolean remove(Object o) {

        if (o == null) {

            for (int index = 0; index < size; index++)

                if (elementData[index] == null) {

                    //快速移除某个指定元素

                    fastRemove(index);

                    return true;

                }

        } else {

            for (int index = 0; index < size; index++)

                if (o.equals(elementData[index])) {

                    fastRemove(index);

                    return true;

                }

        }

        return false;

    }

	/*

     * 私有的移除方法，并且不返回被移除的元素,这个源码比较简单

     */

    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

    }

indexOf(Object o)

解释：检索某个元素的位置

此源码和contains(Object o)中调用的indexOf 源码相同

subList(int fromIndex, int toIndex)

解释：返回list列表的一个片段

	/**

     * 返回list列表中的一部分视图(相当于list片段),[fromIndex,toIndex)，如果fromIndex 和

     * toIndex 相同的话，表明这个list为空，这个返回的list被返回，所以在list中并没有结构的改变

     * 这个返回的list片段支持所有的list操作

     */

	public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) {

        // subList 范围检查

        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;

        }

    }

ensureCapacity(int minCapacity)

解释：扩大list的容量

	/**

     * 增加ArrayList实例的容量，如果必须的话，确保它能持有最小容量的元素

     */

    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);

        }

    }

trimToSize()

解释：去掉list空闲的容量

	/**

     * 去掉ArrayList中的多余空间

     */

    public void trimToSize() {

        modCount++;

        if (size < elementData.length) {

            elementData = (size == 0)

              ? EMPTY_ELEMENTDATA

              : Arrays.copyOf(elementData, size);

        }

    }

sort(Comparator<? super E> c)

sort 方法接收一个自定义比较器进行自定义比较，下面来看具体的源码

		@Override

    @SuppressWarnings("unchecked")

    public void sort(Comparator<? super E> c) {

        // 根据上面代码分析，此时modCounnt 已经被修改过三次(添加了三个元素)

        final int expectedModCount = modCount;

        // 数组外部排序

        Arrays.sort((E[]) elementData, 0, size, c);

        if (modCount != expectedModCount) {

            throw new ConcurrentModificationException();

        }

        modCount++;

    }

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