ArrayList底層維護的是一個動態數組，每個ArrayList實例都有一個容量。該容量是指用來存儲列表元素的數組的大小。它總是至少等于列表的大小。隨著向 ArrayList 中不斷添加元素，其容量也自動增長。
ArrayList不是同步的（也就是說不是線程安全的），如果多個線程同時訪問一個ArrayList實例，而其中至少一個線程從結構上修改了列表，那么它必須保持外部同步，在多線程環境下，可以使用Collections.synchronizedList方法聲明一個線程安全的ArrayList，例如：
List arraylist = Collections.synchronizedList(new ArrayList());
下面通過ArrayList的源碼來分析其原理。
1、ArrayList的構造方法：ArrayList提供了三種不同的構造方法
1) ArrayList()，構造一個初始容量為 10 的空列表。
2) ArrayList(int initialCapacity)，構造一個具有指定初始容量的空列表。
3) ArrayList(Collection<? extends E> c)，構造一個包含指定 collection 的元素的列表，這些元素是按照該 collection 的迭代器返回它們的順序排列的。
源碼如下：
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private transient Object[] elementData;public ArrayList(int initialCapacity) { super(); if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity); this.elementData = new Object[initialCapacity]; //生成一個長度為10的Object類型的數組 } public ArrayList() { this(10); //調用ArrayList(int i) }<br><br> public ArrayList(Collection<? extends E> c) { elementData = c.toArray(); //返回包含此 collection 中所有元素的數組 size = elementData.length; // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652) if (elementData.getClass() != Object[].class) elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class); //復制指定的數組，返回包含相同元素和長度的Object類型的數組 } |
當采用不帶參數的構造方法ArrayList()生成一個集合對象時，其實是在底層調用ArrayList(int initialCapacity)這一構造方法生產一個長度為10的Object類型的數組。當采用帶有集合類型參數的構造方法時，在底層生成一個包含相同的元素和長度的Object類型的數組。
2、add方法：ArrayList提供了兩種添加元素的add方法
1) add(E e)，將指定的元素添加到此列表的尾部。
2) add(int index, E e)，將指定的元素插入此列表中的指定位置。向右移動當前位于該位置的元素（如果有）以及所有后續元素（將其索引加 1）private int size;
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public boolean add(E e) { ensureCapacity(size + 1); // 擴大數組容量 elementData[size++] = e; //將元素e添加到下標為size的Object數組中，并且執行size++ return true; } public void add(int index, E element) { if (index > size || index < 0) //如果指定要插入的數組下標超過數組容量或者指定的下標小于0，拋異常 throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+", Size: "+size); ensureCapacity(size+1); // 擴大數組容量 System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,size - index); //從指定源數組中復制一個數組，復制從指定的位置開始，到目標數組的指定位置結束。<br> // elementData --- 源數組 index --- 源數組中的起始位置 <br> // elementData --- 目標數組 index+1 --- 目標數組中的起始位置<br> // size - index --- 要復制的數組元素的數量 elementData[index] = element; //將要添加的元素放到指定的數組下標處 size++; } |
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public void ensureCapacity(int minCapacity) { modCount++; int oldCapacity = elementData.length; //原數組的容量 if (minCapacity > oldCapacity) { Object oldData[] = elementData; int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1; //定義新數組的容量，為原數組容量的1.5倍+1 if (newCapacity < minCapacity) newCapacity = minCapacity; // minCapacity is usually close to size, so this is a win: elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); //復制指定的數組，返回新數組的容量為newCapacity } } |
如果集合中添加的元素超過了10個，那么ArrayList底層會新生成一個數組，長度為原數組的1.5倍+1，并將原數組中的元素copy到新數組中，并且后續添加的元素都會放在新數組中，當新數組的長度無法容納新添加的元素時，重復該過程。這就是集合添加元素的實現原理。
3、get方法：
1) get(int index)，返回此列表中指定位置上的元素。
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public E get(int index) { RangeCheck(index); //檢查傳入的指定下標是否合法 return (E) elementData[index]; //返回數組下標為index的數組元素 }private void RangeCheck(int index) { if (index >= size) //如果傳入的下標大于或等于集合的容量，拋異常 throw new IndexOutOfBoundsException( "Index: "+index+", Size: "+size); } |
4、remove方法：
1) E remove(int index)，移除此列表中指定位置上的元素。向左移動所有后續元素（將其索引減 1）。
2) boolean remove(Object o)，移除此列表中首次出現的指定元素（如果存在）。如果列表不包含此元素，則列表不做改動，返回boolean值。
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public E remove(int index) { RangeCheck(index); //檢查指定的下標是否合法 modCount++; E oldValue = (E) elementData[index]; //獲取指定下標的數組元素 int numMoved = size - index - 1; //要移動的元素個數 if (numMoved > 0) System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); //移動數組元素 elementData[--size] = null; // Let gc do its work return oldValue; } public boolean remove(Object o) { if (o == null) { //如果傳入的參數為null for (int index = 0; index < size; index++) if (elementData[index] == null) { //移除首次出現的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 void fastRemove(int index) { //移除指定位置的元素,實現方法類似remove(int i) modCount++; int numMoved = size - index - 1; if (numMoved > 0) System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); elementData[--size] = null; // Let gc do its work } |
5、clone方法：
1) Object clone()，返回此ArrayList實例的淺表副本（不復制這些元素本身） 。
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public Object clone() { try { ArrayList<E> v = (ArrayList<E>) super.clone(); //調用Object類的clone方法返回一個ArrayList對象 v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size); //復制目標數組 v.modCount = 0; return v; } catch (CloneNotSupportedException e) { // this shouldn't happen, since we are Cloneable throw new InternalError(); } } |
以上通過對ArrayList部分關鍵源碼的分析，知道了ArrayList底層的實現原理，關于ArrayList源碼有以下幾點幾點總結：
1) ArrayList 底層是基于數組來實現的，可以通過下標準確的找到目標元素，因此查找的效率高；但是添加或刪除元素會涉及到大量元素的位置移動，效率低。
2) ArrayList提供了三種不同的構造方法，無參數的構造方法默認在底層生成一個長度為10的Object類型的數組，當集合中添加的元素個數大于10，數組會自動進行擴容，即生成一個新的數組，并將原數組的元素放到新數組中。
3) ensureCapacity方法對數組進行擴容，它會生成一個新數組，長度是原數組的1.5倍+1，隨著向ArrayList中不斷添加元素，當數組長度無法滿足需要時，重復該過程。
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