ArrayList是最常见的集合类，顾名思义，ArrayList就是一个以数组形式实现的集合。它拥有List集合的特点：
它本身的特点是：
那ArrayList为什么会有这些特性的？其实从源码中我们就能够了解到它是如何实现的。
Resizable-array implementation of the {@code List} interface. Implements all optional list operations, and permits all elements, including {@code null}. In addition to implementing the {@code List} interface,this class provides methods to manipulate the size of the array that is used internally to store the list.
实现了List接口的，一个可调整大小的数组。可以存储所有的元素，包括null，除了实现了List接口的方法外，还提供了一些方法用于操作内部用于存储元素的数组的大小。
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
- RandomAccess标记接口 表示ArrayList支持随机访问。什么是随机访问呢？随机访问是说你可以随意访问该数据结构中的任意一个节点，假设该数据结构有10000个节点，你可以随意访问第1个到第10000个节点。因为ArrayList用数组来存数据，Java中给数组划分内存来存储元素时，划分的是一块连续的内存地址，这些相邻元素是按顺序连续存储的。只要知道起始元素的地址First，直接first+N，便可以得到第N个元素的地址。这就是ArrayList查找快的原因。
- Cloneable标记接口 表示ArrayList是可以被克隆的。
- java.io.Serializable标记接口 表示ArrayList是可以被序列化的。
主要成员变量：
@java.io.Serial private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
用于标明序列化时的版本号。
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
默认初始化大小。
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
默认空数组大小。
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
默认初始化空数组大小。
看到这可能有人会有疑问，同样是空数组，为什么要有两个引用变量来表示呢？且看后面的扩容机制说明。
transient Object[] elementData;
这就是ArrayList所维护的用于存储数据的数组了，transient标明这个存储数据的数组不会被序列化，而ArrayList却又打上了标记接口java.io.Serializable说明是可序列化的，这不是自相矛盾了吗？暂且按下不表，看看ArrayList的内部机制再回头说明。
private int size;
ArrayList的大小（其实也就是其中包含的元素个数）。
构造方法：
//传入了初始值的
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);
}
}
//没有传入初始值的
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
//传入一个Collection集合的
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
elementData = c.toArray();
if ((size = elementData.length) != 0) {
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
// replace with empty array.
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}
可以看到，如果传入了初始值initialCapacity，就会按照这个值来初始化数组的大小。如果传入0，则数组等于EMPTY_ELEMENTDATA，如果用了空参构造，则数组等于DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA。
扩容机制：
我们知道，Java中数组一旦定义则长度是不允许改变的，那么ArrayList如何实现_Resizable-array implementation（可调整大小的数组实现）？_
答案就在扩容机制上：
//传入最小所需要的容量
private Object[] grow(int minCapacity) {
//当前容量大小
int oldCapacity = elementData.length;
//若当前容量大小大于0且数组创建是不是通过空参构造创建的
if (oldCapacity > 0 || elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
//定义新的最小所需容量
int newCapacity = ArraysSupport.newLength(oldCapacity,
minCapacity - oldCapacity, /* minimum growth */
//右移一位，类似于除以2
oldCapacity >> 1 /* preferred growth */);
return elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
} else {
return elementData = new Object[Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity)];
}
}
//传入当前容量，最小需要增加的容量，首选增长的容量
public static int newLength(int oldLength, int minGrowth, int prefGrowth) {
// assert oldLength >= 0
// assert minGrowth > 0
//将最小所需要增加的容量与首选增长的容量比较，取较大的与当前容量相加
int newLength = Math.max(minGrowth, prefGrowth) + oldLength;
if (newLength - MAX_ARRAY_LENGTH <= 0) {
return newLength;
}
return hugeLength(oldLength, minGrowth);
}
我们每次添加元素的时候，都会去确认一下当前ArrayList所维护的数组存储的元素是否已经达到上限(元素个数等于数组长度)？如果是的话，就会触发扩容机制grow()去创建一个新的更大的数组来转移数据。
可以看到，若是我们通过传入参数0来构造ArrayList，grow()就会判断出来这个是一个长度为0的自定义空数组，那么就会按照最小的所需要的容量扩容。
如果没有传入参数，就用默认初始容量10，来创建初始的数组。
![]()
而且我们可以看到，扩容的时候会判断所需要的最小容量是不是比当前数组的1.5倍还大？不是就按照当前数组长度的1.5倍来扩容，否则就按传进来的最小所需容量来扩容。
![]()
为什么是1.5倍呢？
1.如果一次性扩容扩得太大，必然造成内存空间的浪费。
2.如果一次性扩容扩得不够，那么下一次扩容的操作必然比较快地会到来，这会降低程序运行效率，要知道扩容还是比较耗费性能的一个操作，因为会新建数组移动数据。
所以扩容扩多少，是JDK开发人员在时间、空间上做的一个权衡，提供出来的一个比较合理的数值。
添加元素：
//添加单个元素，默认添加到集合尾
public boolean add(E e) {
modCount++;
add(e, elementData, size);
return true;
}
//实际调用的方法
private void add(E e, Object[] elementData, int s) {
if (s == elementData.length)
elementData = grow();
elementData[s] = e;
size = s + 1;
}
//添加另一个集合，默认添加到集合尾
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
Object[] a = c.toArray();
modCount++;
int numNew = a.length;
if (numNew == 0)
return false;
Object[] elementData;
final int s;
if (numNew > (elementData = this.elementData).length - (s = size))
elementData = grow(s + numNew);
//5个参数的意思分别是：源数组，源数组开始复制的位置，目标数组，目标数组开始接收的位置，接收的长度
System.arraycopy(a, 0, elementData, s, numNew);
size = s + numNew;
return true;
}
基本上很浅显易懂，只要容量够就能直接添加，否则得扩容。
其中modCount是用于快速失败的一种机制，因为基本集合在多线程环境下是不安全的，这个以后再讨论。
删除元素：
//按元素删除
public boolean remove(Object o) {
final Object[] es = elementData;
final int size = this.size;
int i = 0;
//标签旧方法，用于跳出多个循环
found: {
if (o == null) {
for (; i < size; i++)
if (es[i] == null)
break found;
} else {
for (; i < size; i++)
if (o.equals(es[i]))
break found;
}
return false;
}
fastRemove(es, i);
return true;
}
//按索引删除
public E remove(int index) {
Objects.checkIndex(index, size);
final Object[] es = elementData;
@SuppressWarnings("unchecked") E oldValue = (E) es[index];
fastRemove(es, index);
return oldValue;
}
//实际执行方法
private void fastRemove(Object[] es, int i) {
modCount++;
final int newSize;
if ((newSize = size - 1) > i)
System.arraycopy(es, i + 1, es, i, newSize - i);
es[size = newSize] = null;
}
分两种情况，一种是按照传入的元素去删除，这样得从数组开头遍历过去并且逐一调用equals方法比较，只要找到第一个符合的就将其删除。
第二种是按照传入的索引去删除，这个可以直接定位。另外需要注意的一点是当ArrayList里存储的是Integer包装类的时候，依然是选择索引删除。
删除的意思是将数组此位置的元素的引用设置为null，如果没有另外的引用指向此元素，那么此元素就会被标记为垃圾被回收。
如果删除的元素在最后就不用移动元素了，如果不在就需要移动元素。
![]()
插入元素：
public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index);
modCount++;
final int s;
Object[] elementData;
if ((s = size) == (elementData = this.elementData).length)
elementData = grow();
System.arraycopy(elementData, index,
elementData, index + 1,
s - index);
elementData[index] = element;
size = s + 1;
}
先判断容量是否足够，再去将此位置以及后面的元素全部向后移动一位，最后将传入的元素插入此位置。
![]()
最后说明：
了解了ArrayList的各种机制，我们就能知道为什么存储元素的elementData用transient修饰了
//序列化
@java.io.Serial
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 behavioral compatibility with clone()
s.writeInt(size);
// Write out all elements in the proper order.
for (int i=0; i<size; i++) {
s.writeObject(elementData[i]);
}
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
//反序列化
@java.io.Serial
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
// Read in size, and any hidden stuff
s.defaultReadObject();
// Read in capacity
s.readInt(); // ignored
if (size > 0) {
// like clone(), allocate array based upon size not capacity
SharedSecrets.getJavaObjectInputStreamAccess().checkArray(s, Object[].class, size);
Object[] elements = new Object[size];
// Read in all elements in the proper order.
for (int i = 0; i < size; i++) {
elements[i] = s.readObject();
}
elementData = elements;
} else if (size == 0) {
elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new java.io.InvalidObjectException("Invalid size: " + size);
}
}
其实主要是看里边的两个循环的方法，涉及到的是size。我们已经了解了存放元素的数组会动态的改变，因此里边未必就存满了元素。真正有多少个元素是size负责的。所以我们序列化的时候仅仅去遍历size个对象就能完成序列化了。这样就能避免序列化太多不需要的东西，加快序列化速度以及减小文件大小。
总结： 在需要顺序添加数据以及快速访问数组的场景，ArrayList最适合被使用。
