java集合框架03——ArrayList和源码分析

最近忙着替公司招人好久没写了，荒废了不好意思。

上一章学习了Collection的架构，并阅读了部分源码，这一章开始，我们将对Collection的具体实现进行详细学习。首先学习List。而ArrayList又是List中最为常用的，因此本章先学习ArrayList。先对ArrayList有个整体的认识，然后学习它的源码，深入剖析ArrayList。

1. ArrayList简介

首先看看ArrayList与Collection的关系：

ArrayList的继承关系如下：

java.lang.Object
   ↳     java.util.AbstractCollection<E>
         ↳     java.util.AbstractList<E>
               ↳     java.util.ArrayList<E>  

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {}  

ArrayList继承了AbstractList，实现了List。它是一个数组队列，相当于动态数组。提供了相关的添加、删除、修改和遍历等功能。

ArrayList实现了RandomAccess接口，即提供了随机访问功能。RandomAccess是Java中用来被List实现，为List提供快速访问功能的。在ArrayList中，我们即可以通过元素的序号来快速获取元素对象，这就是快速随机访问。下文会比较List的“快速随机访问”和使用“Iterator迭代器访问”的效率。

ArrayList实现了Cloneable接口，即覆盖了函数clone()，能被克隆。

ArrayList实现了java.io.Serializable接口，这意味着ArrayList支持序列化，能通过序列化去传输。

和Vector不同，ArrayList中的操作是非线程安全的。所以建议在单线程中使用ArrayList，在多线程中选择Vector或者CopyOnWriteArrayList。

我们先总览下ArrayList的构造函数和API

/****************** ArrayList中的构造函数 ***************/
// 默认构造函数
ArrayList()  

// capacity是ArrayList的默认容量大小。当由于增加数据导致容量不足时，容量会添加上一次容量大小的一半。
ArrayList(int capacity)  

// 创建一个包含collection的ArrayList
ArrayList(Collection<? extends E> collection)  

/****************** ArrayList中的API ********************/
// Collection中定义的API
boolean             add(E object)
boolean             addAll(Collection<? extends E> collection)
void                clear()
boolean             contains(Object object)
boolean             containsAll(Collection<?> collection)
boolean             equals(Object object)
int                 hashCode()
boolean             isEmpty()
Iterator<E>         iterator()
boolean             remove(Object object)
boolean             removeAll(Collection<?> collection)
boolean             retainAll(Collection<?> collection)
int                 size()
<T> T[]             toArray(T[] array)
Object[]            toArray()
// AbstractCollection中定义的API
void                add(int location, E object)
boolean             addAll(int location, Collection<? extends E> collection)
E                   get(int location)
int                 indexOf(Object object)
int                 lastIndexOf(Object object)
ListIterator<E>     listIterator(int location)
ListIterator<E>     listIterator()
E                   remove(int location)
E                   set(int location, E object)
List<E>             subList(int start, int end)
// ArrayList新增的API
Object               clone()
void                 ensureCapacity(int minimumCapacity)
void                 trimToSize()
void                 removeRange(int fromIndex, int toIndex) 

ArrayList包含了两个重要的对象：elementData和size。

elementData是Object[]类型的数组，它保存了添加到ArrayList中的元素。实际上，elementData是一个动态数组，我们能通过ArrayList(int initialCapacity)来执行它的初始容量为initialCapacity。如果通过不含参数的构造函数来创建ArrayList，则elementData是一个空数组（后面会调整其大小）。elementData数组的大小会根据ArrayList容量的增长而动态的增长，具体见下面的源码。

size则是动态数组实际的大小。

2. ArrayList源码分析(基于JDK1.7)

下面通过分析ArrayList的源码更加深入的了解ArrayList原理。由于ArrayList是通过数组实现的，所以源码比较容易理解：

篇幅有点长请一定要耐心看，有点心理准备

 package java.util;  

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

     //默认初始化容量
     private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;  

     //空数组，用来实例化不带容量大小的构造函数
     private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};  

     //保存ArrayList中数据的数组
     private transient Object[] elementData;  

     //ArrayList中实际数据的数量
     private int size;  

 /******************************** Constructor ***********************************/  

     //ArrayList带容量大小的构造函数
     public ArrayList(int initialCapacity) {
         super();
         if (initialCapacity < 0)
             throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                                initialCapacity);
         this.elementData = new Object[initialCapacity]; //新建一个数组初始化elementData
     }  

     //不带参数的构造函数
     public ArrayList() {
         super();
         this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;//使用空数组初始化elementData
     }  

     //用Collection来初始化ArrayList
     public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
         elementData = c.toArray(); //将Collection中的内容转换成数组初始化elementData
         size = elementData.length;
         // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
         if (elementData.getClass() != Object[].class)
             elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
     }  

 /********************************* Array size ************************************/  

     //重新“修剪”数组容量大小
     public void trimToSize() {
         modCount++;
         //当ArrayList中的元素个数小于elementData数组大小时，重新修整elementData到size大小
         if (size < elementData.length) {
             elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
         }
     }  

     //给数组扩容，该方法是提供给外界调用的，是public的，真正扩容是在下面的private方法里
     public void ensureCapacity(int minCapacity) {
         int minExpand = (elementData != EMPTY_ELEMENTDATA)
             // any size if real element table
             ? 0
             // larger than default for empty table. It's already supposed to be
             // at default size.
             : DEFAULT_CAPACITY;  

         if (minCapacity > minExpand) {
             ensureExplicitCapacity(minCapacity);
         }
     }  

     private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
     //如果是个空数组
         if (elementData == EMPTY_ELEMENTDATA) {
         //取minCapacity和10的较大者
             minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
         }
     //如果数组已经有数据了
         ensureExplicitCapacity(minCapacity);
     }  

     //确保数组容量大于ArrayList中元素个数
     private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
         modCount++; //将“修改统计数”+1  

         //如果实际数据容量大于数组容量，就给数组扩容
         if (minCapacity - elementData.length > 0)
             grow(minCapacity);
     }  

     //分配的最大数组空间
     private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;  

     //增大数组空间
     private void grow(int minCapacity) {
         // overflow-conscious code
         int oldCapacity = elementData.length;
         int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); //在原来容量的基础上加上 oldCapacity/2
         if (newCapacity - minCapacity < 0)
             newCapacity = minCapacity; //最少保证容量和minCapacity一样
         if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
             newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); //最多不能超过最大容量
         // 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;
     }  

     //返回ArrayList的实际大小
     public int size() {
         return size;
     }  

     //判断ArrayList是否为空
     public boolean isEmpty() {
         return size == 0;
     }   

 /****************************** Search Operations *************************/  

     //判断ArrayList是否包含Object o
     public boolean contains(Object o) {
         return indexOf(o) >= 0;
     }  

     //正向查找，返回元素的索引值
     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;
     }  

     //反向查找，返回元素的索引值
     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;
     }  

 /******************************* Clone *********************************/  

     //克隆函数
     public Object clone() {
         try {
             @SuppressWarnings("unchecked")
                 ArrayList<E> v = (ArrayList<E>) super.clone();
         //将当前ArrayList的全部元素拷贝到v中
             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();
         }
     }  

 /********************************* toArray *****************************/  

     /**
     * 返回一个Object数组，包含ArrayList中所有的元素
     * toArray()方法扮演着array-based和collection-based API之间的桥梁
     */
     public Object[] toArray() {
         return Arrays.copyOf(elementData, size);
     }  

     //返回ArrayList的模板数组
     @SuppressWarnings("unchecked")
     public <T> T[] toArray(T[] a) {
     //如果数组a的大小 < ArrayList的元素个数，
     //则新建一个T[]数组，大小为ArrayList元素个数，并将“ArrayList”全部拷贝到新数组中。
         if (a.length < size)
             return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());  

     //如果数组a的大小 >= ArrayList的元素个数，
     //则将ArrayList全部拷贝到新数组a中。
         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];
     }  

     //获取index位置的元素值
     public E get(int index) {
         rangeCheck(index); //首先判断index的范围是否合法  

         return elementData(index);
     }  

     //将index位置的值设为element，并返回原来的值
     public E set(int index, E element) {
         rangeCheck(index);  

         E oldValue = elementData(index);
         elementData[index] = element;
         return oldValue;
     }  

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

     //将element添加到ArrayList的指定位置
     public void add(int index, E element) {
         rangeCheckForAdd(index);  

         ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
     //将index以及index之后的数据复制到index+1的位置往后，即从index开始向后挪了一位
         System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                          size - index);
         elementData[index] = element; //然后在index处插入element
         size++;
     }  

     //删除ArrayList指定位置的元素
     public E remove(int index) {
         rangeCheck(index);  

         modCount++;
         E oldValue = elementData(index);  

         int numMoved = size - index - 1;
         if (numMoved > 0)
         //向左挪一位，index位置原来的数据已经被覆盖了
             System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                              numMoved);
     //多出来的最后一位删掉
         elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work  

         return oldValue;
     }  

     //删除ArrayList中指定的元素
     public boolean remove(Object o) {
         if (o == null) {
             for (int index = 0; index < size; index++)
                 if (elementData[index] == null) {
                     fastRemove(index);
                     return true;
                 }
         } else {
             for (int index = 0; index < size; index++)
                 if (o.equals(elementData[index])) {
                     fastRemove(index);
                     return true;
                 }
         }
         return false;
     }  

     //private的快速删除与上面的public普通删除区别在于，没有进行边界判断以及不返回删除值
     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，将全部元素置为null
     public void clear() {
         modCount++;  

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

         size = 0;
     }  

     //将集合C中所有的元素添加到ArrayList中
     public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
         Object[] a = c.toArray();
         int numNew = a.length;
         ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount
     //在原来数组的后面添加c中所有的元素
         System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
         size += numNew;
         return numNew != 0;
     }  

     //从index位置开始，将集合C中所欲的元素添加到ArrayList中
     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)
         //将index开始向后的所有数据，向后移动numNew个位置，给新插入的数据腾出空间
             System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,
                              numMoved);
     //将集合C中的数据插到刚刚腾出的位置
         System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
         size += numNew;
         return numNew != 0;
     }  

     //删除从fromIndex到toIndex之间的数据，不包括toIndex位置的数据
     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;
     }  

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

     //add和addAll方法中的范围检测
     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;
     }  

     //删除ArrayList中所有集合C中包含的数据
     public boolean removeAll(Collection<?> c) {
         return batchRemove(c, false);
     }  

     //删除ArrayList中除了集合C中包含的数据外的其他所有数据
     public boolean retainAll(Collection<?> c) {
         return batchRemove(c, true);
     }  

     //批量删除
     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.
         //官方的注释是为了保持和AbstractCollection的兼容性
         //我的理解是上面c.contains抛出了异常，导致for循环终止，那么必然会导致r != size
         //所以0-w之间是需要保留的数据，同时从w索引开始将剩下没有循环的数据(也就是从r开始的)拷贝回来，也保留
             if (r != size) {
                 System.arraycopy(elementData, r,
                                  elementData, w,
                                  size - r);
                 w += size - r;
             }
         //for循环完毕，检测了所有的元素
         //0-w之间保存了需要留下的数据，w开始以及后面的数据全部清空
             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;
     }  

 /***************************** Writer and Read Object *************************/  

     //java.io.Serializable的写入函数
     //将ArrayList的“容量、所有的元素值”都写入到输出流中
     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()
     //写入“数组的容量”，保持与clone()的兼容性
         s.writeInt(size);  

         //写入“数组的每一个元素”
         for (int i=0; i<size; i++) {
             s.writeObject(elementData[i]);
         }  

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

     //java.io.Serializable的读取函数：根据写入方式读出
     private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
         throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
         elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;  

         // Read in size, and any hidden stuff
         s.defaultReadObject();  

         //从输入流中读取ArrayList的“容量”
         s.readInt(); // ignored  

         if (size > 0) {
             // be like clone(), allocate array based upon size not capacity
             ensureCapacityInternal(size);  

             Object[] a = elementData;
             //从输入流中将“所有元素值”读出
             for (int i=0; i<size; i++) {
                 a[i] = s.readObject();
             }
         }
     }  

 /******************************** Iterators ************************************/  

     /**
     * 该部分的方法重写了AbstractList抽象类中Iterator部分的方法，因为ArrayList继承
     * 了AbstractList，基本大同小异，只是这里针对本类的数组，思想与AbstractList一致
     * 可以参照上一章Collection架构与源码分析的AbatractList部分
     */
     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;       // index of next element to return
         int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such
         int expectedModCount = modCount;  

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

         @SuppressWarnings("unchecked")
         public E next() {
             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() {
             if (lastRet < 0)
                 throw new IllegalStateException();
             checkForComodification();  

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

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

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

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

         public int nextIndex() {
             return cursor;
         }  

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

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

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

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

         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)];
                 }  

                 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();
         }
     }
 }  

总结一下：

1）. ArrayList实际上是通过一个数组去保存数据的，当我们构造ArrayList时，如果使用默认构造函数，最后ArrayList的默认容量大小是10。

2）. 当ArrayList容量不足以容纳全部元素时，ArrayList会自动扩张容量，新的容量 = 原始容量 + 原始容量 / 2。

3）. ArrayList的克隆函数，即是将全部元素克隆到一个数组中。

4. ArrayList实现java.io.Serializable的方式。当写入到输出流时，先写入“容量”，再依次写出“每一个元素”；当读出输入流时，先读取“容量”，再依次读取“每一个元素”。

3. ArrayList遍历方式

ArrayList支持三种遍历方式，下面我们逐个讨论：

1）. 通过迭代器遍历。即Iterator迭代器。

Integer value = null;
Iterator it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
    value = (Integer)it.next();
}  

2）. 随机访问，通过索引值去遍历。由于ArrayList实现了RandomAccess接口，所以它支持通过索引值去随机访问元素。

Integer value = null;
int size = list.size();
for (int i = 0; i < size; i++) {
    value = (Integer)list.get(i);
}  

3）. 通过for循环遍历。

Integer value = null;
for (Integer integ : list) {
    value = integ;
}  

下面写了一个测试用例，比较这三种遍历方式的效率：

import java.util.*;  

/*
 * @description ArrayList三种遍历方式效率的测试
 * @author eson_15
 */
public class ArrayListRandomAccessTest {  

    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
        for (int i=0; i<500000; i++)
            list.add(i);
        isRandomAccessSupported(list);//判断是否支持RandomAccess
        iteratorThroughRandomAccess(list) ;
        iteratorThroughIterator(list) ;
        iteratorThroughFor(list) ;  

    }  

    private static void isRandomAccessSupported(List<Integer> list) {
        if (list instanceof RandomAccess) {
            System.out.println("RandomAccess implemented!");
        } else {
            System.out.println("RandomAccess not implemented!");
        }  

    }  

    public static void iteratorThroughRandomAccess(List<Integer> list) {  

        long startTime;
        long endTime;
        startTime = System.currentTimeMillis();
        for (int i=0; i<list.size(); i++) {
            list.get(i);
        }
        endTime = System.currentTimeMillis();
        long interval = endTime - startTime;
        System.out.println("RandomAccess遍历时间：" + interval+" ms");
    }  

    public static void iteratorThroughIterator(List<Integer> list) {  

        long startTime;
        long endTime;
        startTime = System.currentTimeMillis();
        for(Iterator<Integer> it = list.iterator(); it.hasNext(); ) {
            it.next();
        }
        endTime = System.currentTimeMillis();
        long interval = endTime - startTime;
        System.out.println("Iterator遍历时间：" + interval+" ms");
    }  

    @SuppressWarnings("unused")
    public static void iteratorThroughFor(List<Integer> list) {  

        long startTime;
        long endTime;
        startTime = System.currentTimeMillis();
        for(Object obj : list)
            ;
        endTime = System.currentTimeMillis();
        long interval = endTime - startTime;
        System.out.println("For循环遍历时间：" + interval+" ms");
    }
}  

每次执行的结果会有一点点区别，在这里我统计了6次执行结果，见下表：

	RandomAccess(ms)	Iterator(ms)	For(ms)
第一次	5	8	7
第二次	4	7	7
第三次	5	8	10
第四次	5	7	6
第五次	5	8	7
第六次	5	7	6
平均	4.8	7.5	7.1

由此可见，遍历ArrayList时，使用随机访问（即通过索引号访问）效率最高，而使用迭代器的效率最低。

4. toArray()异常问题

当我们调用ArrayList中的toArray()方法时，可能会遇到"java.lang.ClassCastException"异常的情况，下面来讨论下出现的原因：

ArrayList中提供了2个toArray()方法：

Object[] toArray()
<T> T[] toArray(T[] contents)

调用toArray()函数会抛出"java.lang.ClassCastException"异常，但是调用toArray(T[] contents)能正常返回T[]。toArray()会抛出异常是因为toArray()返回的是Object[]数组，将Object[]转换为其它类型（比如将Object[]转换为Integer[]）则会抛出"java.lang.ClassCastException"异常，因为java不支持向下转型。解决该问题的办法是调用<T> T[] toArray(T[] contents)，而不是Object[] toArray()。

调用<T> T[] toArray(T[] contents)返回T[]可以通过以下几种方式实现：

// toArray(T[] contents)调用方式一
public static Integer[] vectorToArray1(ArrayList<Integer> v) {
    Integer[] newText = new Integer[v.size()];
    v.toArray(newText);
    return newText;
}  

// toArray(T[] contents)调用方式二。<span style="color:#FF6666;">最常用！</span>
public static Integer[] vectorToArray2(ArrayList<Integer> v) {
    Integer[] newText = (Integer[])v.toArray(new Integer[v.size()]);
    return newText;
}  

// toArray(T[] contents)调用方式三
public static Integer[] vectorToArray3(ArrayList<Integer> v) {
    Integer[] newText = new Integer[v.size()];
    Integer[] newStrings = (Integer[])v.toArray(newText);
    return newStrings;
}  

三种方式都大同小异。

ArrayList源码就讨论这么多，如有错误，欢迎留言指正~