1. 整体架构

ArrayList 整体架构比较简单，就是一个 Object 数组，如图所示。
ArrayList 解析 - 图1

有几个点需要注意：

DEFAULT_CAPACITY 表示数组的初始大小，默认是 10，这个数字要记住；
size 表示当前数组的大小，类型 int，没有使用 volatile 修饰，非线程安全的；
modCount 统计当前数组被修改的版本次数，数组结构有变动，就会 +1。
2. 源码解析
2.1 初始化
ArrayList 有三个进行初始化的构造函数： ```java private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

// 无参构造器，返回一个 Object[] 空数组 // 无参构造器初始化时，默认大小是空数组，并不是大家常说的 10，10 是在第一次 add 的时候扩容的数组值。 public ArrayList() { this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA; }

// 有参构造器，返回一个给定初始化大小的 Object[] 数组 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); } }

// 指定初始数据初始化 public ArrayList(Collection<? extends E> c) { // elementData 是保存数组的容器，默认为 null elementData = c.toArray(); // 如果给定的集合（c）数据有值，则进行拷贝赋值操作 if ((size = elementData.length) != 0) { // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652) // 如果集合元素类型不是 Object 类型，才开始拷贝，否则不执行 if (elementData.getClass() != Object[].class) { elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class); } } else { // 给定集合（c）无值，则默认空数组 this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; } }

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# 2.2 新增和扩容
**ArrayList 的 add() 方法分为两步：**
1. 判断是否需要扩容，如果需要先进行扩容
1. 直接赋值（不加锁，因此是线程不安全的）
**以下是这两个步骤的相关源码：**
```java
public boolean add(E e) {
    // 判断是否需要扩容，如果需要先进行扩容
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    // 直接赋值（不加锁，因此是线程不安全的）
    elementData[size++] = e;
    return true;
}
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    // 如果是空数组，就从最小容量和默认容量10之间取最大值
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }
    // 确保容积足够，若容积不够就扩容
    ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    // 统计当前数组被修改的版本次数，数组结构有变动，就会 +1
    modCount++;
    // 如果我们希望的最小容量大于目前数组的长度，那么就扩容
    // 也就是 size+1 > elementData.length 的时候进行扩容，数组即将满的时候进行扩容
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        grow(minCapacity);
}
// 将原数组扩大1.5倍，把现有数据拷贝到新的数组里面去
private void grow(int minCapacity) {
    // overflow-conscious code
    int oldCapacity = elementData.length;
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    // 如果扩容后的值 < 我们的期望值，扩容后的值就等于我们的期望值
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    // 如果扩容后数组的大小 > jvm所能分配的数组的最大值，那么扩容后数组的大小就用 Integer 的最大值
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
    // 通过复制进行扩容
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

这里有几个需要注意的点：

扩容的规则是将原数组扩大1.5倍，然后把现有数据拷贝到新的数组里面去。
ArrayList 中的数组的最大值是 Integer.MAX_VALUE，超过这个值，JVM 就不会给数组分配内存空间了。
新增时，并没有对值进行严格的校验，所以 ArrayList 是允许 null 值的。
扩容完成之后，赋值是非常简单的，直接往数组上添加元素即可：elementData[size++] = e。也正是通过这种简单赋值，没有任何锁控制，所以这里的操作是线程不安全的。

扩容的本质：
上面代码的最后一行是扩容操作：elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);，这行代码描述的本质是数组之间的拷贝，扩容是会先新建一个符合我们预期容量的新数组，然后把老数组的数据拷贝过去，最后调用的是 System.arraycopy 方法进行拷贝，这是一个 native 方法。

2.3 删除

ArrayList 删除元素有很多种方式，比如根据数组索引删除、根据值删除或批量删除等等，原理和思路都差不多，这里以根据值删除为例：

// 根据值删除
public boolean remove(Object o) {
    // 如果要删除的值是 null，找到第一个值是 null 的删除
    if (o == null) {
        for (int index = 0; index < size; index++)
            if (elementData[index] == null) {
                fastRemove(index);
                return true;
            }
    } else {
        // 值不为空，找到第一个和入参相等的删除
        for (int index = 0; index < size; index++)
            // 这里是根据  equals 来判断值相等的
            if (o.equals(elementData[index])) {
                fastRemove(index);
                return true;
            }
    }
    return false;
}

需要注意：

新增的时候是没有对 null 进行校验的，所以可以删除 null 值
算法实现是通过遍历数组找到要删除的目标，然后进行删除

上面代码已经找到要删除元素的索引了，下面代码是根据索引位置进行元素的删除：

private void fastRemove(int index) {
    // 统计当前数组被修改的版本次数，数组结构有变动，就会 +1
    modCount++;
    // 减 1 的原因，是因为 size 从 1 开始算起，index 从 0 开始算起
    // numMoved 删除 index 位置的元素后，需要从 index 后移动多少个元素到前面去
    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        // 从 index +1 位置开始被拷贝，拷贝的起始位置是 index
        System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index, numMoved);
    // 数组最后一个位置赋值为 null，帮助 GC
    elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
}

从源码中，我们可以看出，某一个元素被删除后，为了维护数组结构，我们都会把数组后面的元素往前移动。

2.4 迭代器

如果要实现迭代器，那么实现 java.util.Iterator 类就好了，ArrayList 也是这样做的。

// 实现 Iterator 接口
private class Itr implements Iterator<E> {
    // 迭代过程中，下一个元素的位置，默认从 0 开始。
    int cursor;       // index of next element to return
    // 新增时表示上一次迭代过程中，索引的位置；删除成功时为 -1
    int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such
    // 迭代过程中期望数组修改版本号
    int expectedModCount = modCount;

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

    // 检验能不能继续迭代，并且找到迭代的值，并为下一次迭代做准备（cursor+1）。
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public E next() {
        //迭代过程中，判断版本号有无被修改，有被修改，抛 ConcurrentModificationException 异常
        checkForComodification();
        //本次迭代过程中，元素的索引位置
        int i = cursor;
        if (i >= size)
            throw new NoSuchElementException();
        Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
        if (i >= elementData.length)
            throw new ConcurrentModificationException();
        // 下一次迭代时，元素的位置
        cursor = i + 1;
        // 返回元素值
        return (E) elementData[lastRet = i];
    }

    public void remove() {
        // 如果上一次操作时，数组的位置已经小于 0 了，说明数组已经被删除完了
        if (lastRet < 0)
            throw new IllegalStateException();
        //迭代过程中，判断版本号有无被修改，有被修改，抛 ConcurrentModificationException 异常
        checkForComodification();

        try {
            ArrayList.this.remove(lastRet);
            cursor = lastRet;
            // -1 表示元素已经被删除，这里也防止重复删除
            lastRet = -1;
            // 删除元素时 modCount 的值已经发生变化，再此赋值给 expectedModCount
            expectedModCount = modCount;
        } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
            throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }
    ...
}

2.5 线程安全

需要强调的是，只有当 ArrayList 作为共享变量时，才会有线程安全问题，当 ArrayList 是方法内的局部变量时，是没有线程安全的问题的。

为什么 ArrayList 会有线程安全问题？本质原因是 ArrayList 自身的 elementData、size、modConut 在进行各种操作时，都没有加锁，而且这些变量的类型并非是可见（volatile）的，所以如果多个线程对这些变量进行操作时，可能会有值被覆盖的情况。

类注释中推荐我们使用 SynchronizedList 来保证线程安全，SynchronizedList 是通过在每个方法上面加上锁来实现，虽然实现了线程安全，但是性能大大降低。JDK 还提供了另外一种线程安全的 List，叫做CopyOnWriteArrayList。

3. Arrays.asList使用指南

public static <T> List<T> asList(T... a) {
        return new ArrayList<>(a);
}

上面是Arrays.List的方法签名，参数类型是T，T是数组元素的class。asList方法的参数必须是对象或者对象数组，而原生数据类型不是对象——这也正是包装类出现的一个主要原因。如果传入一个原生数据类型数组，asList 的真正得到的参数就不是数组中的元素，而是数组对象本身！此时List 的唯一元素就是这个数组。并且，方法返回的ArrayList并不是 java.util.ArrayList ，而是 java.util.Arrays 的一个内部类。

因此，对于Arrays.asList的使用，新手很容易犯两个错误：

将原生数据类型数据的数组作为参数。
1. 解决方案：使用包装类数组
试图修改 List 的大小。
1. 解决方案：创建一个真正的 ArrayList

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2.5 线程安全

3. Arrays.asList使用指南