ArrayList可以說是在Java開發中最常用的集合容器了，今天就來分析一下ArrayList的源碼，可以更加深入的理解ArrayList實現原理。
ArrayList的成員變量：
// 初始容量:10
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
// 空數組，沒有元素數據
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 空數組，默認容量為空，沒有元素數據
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 數組，用來存儲ArrayList的元素
transient Object[] elementData;
// size為ArrayList的大小，在elementData不為空數組的情況下，size是小于elementData.length的
private int size;
根據elementData也能看出來，ArrayList的內部是通過數組來實現的，ArrayList對元素的增刪改查實際上都是對數組的操作。
ArrayList的構造函數：
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;
}
}
構造ArrayList時，可以指定容器的初始容量initialCapacity，構造一個給定初始大小的數組作為數據集；使用無參構造時，則默認容量為空的數組作為初始數據集；也可以使用其他任意的集合Collection作為構造參數，可以看到，源碼中就是直接將集合c轉換數組來作為數據集（如果數據集是非Object數組，比如多維數組，則將元素拷貝到數據集數組中）。ArrayList的構造實際上就是對其內部數組的初始化。
add方法：
public boolean add(E e) {
// 確保當前數據集數組能夠放得下新加入的元素
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
// 將列表大小size自增1，并在數據集數組中放入元素e
elementData[size++] = e;
return true;
}
public void add(int index, E element) {
// 檢查新加入的位置index是否越界
rangeCheckForAdd(index);
// 確保當前數據集數組能夠放得下新加入的元素，如果需要擴容的話就擴容
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
// 將index位置及后面的元素都向后移動一位
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
// 將index位置的元素設置為新建如的element
elementData[index] = element;
size++;
}
在添加元素時，如果不指定加入的位置，會添加到內部數組中已有元素的最后一位，也就是添加到了ArrayList的末尾。如果指定了添加位置index，判斷index是否越界，是否需要擴容，最后移動index位置后的元素，并將index位置設置為新添加的元素。
需要注意的是，添加的元素并沒有判空，所以ArrayList中的元素是可以為null的。
在add方法中，都調用了ensureCapacityInternal(int minCapacity)這個方法來確保數據集數組能夠放得下新的元素：
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
// 如果添加新元素需要的最小容量大于數組的長度，就需要擴容
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
看下擴容的方法grow(int minCapacity)：
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;
// 擴展至新的容量newCapacity為舊的容量的1.5倍
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
// 將之前的數組中的元素復制到擴展后的新的數組中
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
數組擴容的過程，實際上是新建了一個需要擴容的長度的數組，然后將原素組中的元素拷貝到這個新建的數組中，新的數組指定為ArrayList內部數據集數組。
總結：ArrayList在添加元素時，首先會判斷添加的位置是否在內部數組中越界，如果越界，拋出異常；如果沒有越界，則判斷數組能否放得下新添加的元素，如果放得下，則直接存放到數組中；如果放不下，則將數組擴容，擴容后再存放到數組中。
remove方法：
public E remove(int index) {
// 檢查越界
rangeCheck(index);
modCount++;
// 需要移除的元素
E oldValue = elementData(index);
// 需要移動位置的元素的數量
int numMoved = size - index - 1;
// 將需要移除元素的位置后的所有元素復制到index位置開始后的numMoved個位置
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
// size減1，并將之前的最后一個位置元素置空
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
return oldValue;
}
remove還有一個重載的方法，是移除給定的元素，它的實現就是遍歷數組，找到元素的索引值，然后調用remove(int index)方法，根據索引值去刪除。
總結：ArrayList在刪除元素時，根據刪除的索引值判斷是否越界，如果越界，拋出異常；如果沒有越界，取出要刪除的元素，然后將這個元素后面所有的元素向前移動一位。
set方法：
public E set(int index, E element) {
rangeCheck(index);
E oldValue = elementData(index);
elementData[index] = element;
return oldValue;
}
set方法即修改列表中指定位置的元素值。它的實現非常簡單：直接修改數組指定位置的值。
get方法：
public E get(int index) {
rangeCheck(index);
return elementData(index);
}
E elementData(int index) {
return (E) elementData[index];
}
get方法實現非常簡單只需要堆獲取位置判斷是否越界，然后直接從數組中取值即可。
從上面分析的源碼中可以看出，ArrayList的實現就是對數組的操作，在添加和刪除元素的時候，會涉及到數組的擴容和數組元素位置的移動，相對查詢和修改元素要復雜一些，所以ArrayList適合用在查詢和修改比較頻繁，而添加和刪除較少的情況下。
