ArrayList 简介

ArrayList 实现了List接口，是一个顺序（插入顺序）容器，允许存放null元素，底层通过数组实现的，可将其理解一个动态数组（容量自动增长）。ArrayList擅长随机访问，但在列表中间位置进行增、删元素操作效率较低。
ArrayList 不是线程安全的，多线程环境下可以考虑用Collections.synchronizedList(List list)函数返回一个线程安全的ArrayList类，也可以使用并发包下的CopyOnWriteArrayList类。

一、实现原理

ArrayList是完全基于Object类型数组实现的，内部提供了一个自动扩容机制来动态扩增数组容量。当我们进行对象元素添加的时，判断当前元素个数是否达到数组容量，达到了则进行数组扩容，扩容大小为原来的1.5倍或实际需要容量大小，然后将原数组中的元素复制到扩容后的新数组中，并且新数组替换元数组，最后进行新元素的添加。这样就完成了动态数组的实现。

二、源码分析

2.1 继承与实现关系

在这里插入图片描述

实现了RandomAccess接口，标记着其支持随机快速访问；
实现了Cloneable接口，标记着其可以被克隆复制；
实现了Serializable接口，意味着它支持序列化；
继承了AbstractList类，意味着它是List接口的具体实现，遵循着List的操作规范，共享一些通用数据操作。

2.2 重要成员信息

在这里插入图片描述

DEFAULT_CAPACITY：定义了ArrayList的默认初始化大小，当ArrayList的构造方法没有显示指定数组长度时，类内部使用该默认缺省值作为数组的容量大小；
EMPTY_ELEMENTDATA：共享的空Object数组实例，当ArrayList构造方法中显示指定数组长度为0时，类内部使用该值赋值给elemetData数组；
DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA：共享的空Object数组实例，当ArrayList构造方法中没有显示指定数组长度时，类内部使用该值赋值给elemetData数组；注意：将其与EMPTY_ELEMENTDATA区分开来，以知晓添加第一个元素时扩容多少。
elemetData：ArrayList 的元素存储在其中的数组缓冲区，是ArrayList的底层数据结构，用于存放实际元素，被标记为transient，序列化的时候此字段不会被序列化；
size：ArrayList中实际存放的元素个数。
MAX_ARRAY_SIZE：ArrayList可分配的最大大小。

2.3 扩容机制

ArrayList在添加元素的时候，会触发扩容检测，当检测到当前的elementData容量已满，则进行扩容处理，然后再将新元素添加到elementData尾部。

扩容源码：
扩容原理：
1. 首先，它判断了元素个数是否等于当前数组的容量，也就是判断当前数组是不是满的，如果当前空间是满的，就需要扩容了，grow函数就是扩容函数了，扩容后再将被加元素加到数组中；
2. 计算当前ArrayList的原容量，然后进行扩大到1.5倍并记作新容量；
3. 若新容量等于或小于所需要的最小容量，空容量集合则返回默认容量与最小所需容量中最大值，否则返回最小所需容量；
4. 若新容量等于或超过ArrayList的最大容量，则返回整数最大值或ArrayList的最大容量；否则返回新容量。

注意：

elementData被赋予的是EMPTY_ELEMENTDATA，此时数组容量为0，添加元素时，会进入此扩容情况，容量从0扩展到1；
elementData被赋予的是DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA，此时数组容量为0，添加元素时，会进入此扩容情况，容量从0扩展到10；
当ArrayList的容量大于0，并且ArrayList是满的时，此时添加元素的话，进行正常扩容，每次扩容到原来的1.5倍。

2.4 快速失败（fast-fail）机制

快速失败（fast-fail）是Java集合中的一种错误机制。它只能被用来检测错误，因为JDK并不保证fail-fast机制一定会发生

原理：迭代器在遍历时，直接访问集合中的内容，并且在遍历过程中使用一个modCount变量。集合在被遍历期间，如果内容发生变化，就会改变modCount的值。每当迭代器使用hashNext()/next()遍历下一个元素之前，都会检测modCount变量是否为expectedmodCount值，是的话就返回遍历；否则抛出异常，终止遍历。
事件产生的条件：当多个线程对Collection进行操作时，若其中某一个线程通过iterator去遍历集合时，该集合的内容被其他线程所改变，则会抛出ConcurrentModificationException异常。
解决办法：通过java.util.concurrent集合包下的相应类去处理，则不会产生fast-fail事件。

2.5 安全失败（fail-safe）

原理：由于迭代时是对原集合的拷贝进行遍历，所以在遍历过程中对原集合所作的修改并不能被迭代器检测到，所以不会触发Concurrent Modification Exception。
采用安全失败机制的集合容器，在遍历时不是直接在集合内容上访问的，而是先复制原有集合内容，在拷贝的集合上进行遍历。
基于拷贝内容的优点是避免了Concurrent Modification Exception，但同样地，迭代器并不能访问到修改后的内容，即：迭代器遍历的是开始遍历那一刻拿到的集合拷贝，在遍历期间原集合发生的修改迭代器是不知道的。
java.util.concurrent包下的容器都是安全失败，可以在多线程下并发使用，并发修改。