搞Java的，对于集合框架应该再熟悉不过了，前面几篇文章我们介绍了java.lang包下的几种基本数据类型，接下来我们将介绍java.util包下的几个集合类，首先介绍的是 ArrayList 类。
1、ArrayList 定义
ArrayList 是一个用数组实现的集合，支持随机访问，元素有序且可以重复。
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable ①、实现 RandomAccess 接口
这是一个标记接口，一般此标记接口用于 List 实现，以表明它们支持快速（通常是恒定时间）的随机访问。该接口的主要目的是允许通用算法改变其行为，以便在应用于随机或顺序访问列表时提供良好的性能。
比如在工具类 Collections(这个工具类后面会详细讲解)中，应用二分查找方法时判断是否实现了 RandomAccess 接口：
int binarySearch(List<? extends Comparable<? super T>> list, T key) { if (list instanceof RandomAccess || li()<BINARYSEARCH_THRESHOLD) return Collec(list, key); else return Collec(list, key); } ②、实现 Cloneable 接口
这个类是 java.lang.Cloneable，前面我们讲解深拷贝和浅拷贝的原理时，我们介绍了浅拷贝可以通过调用 Object.clone() 方法来实现，但是调用该方法的对象必须要实现 Cloneable 接口，否则会抛出 CloneNoSupportException异常。
Cloneable 和 RandomAccess 接口一样也是一个标记接口，接口内无任何方法体和常量的声明，也就是说如果想克隆对象，必须要实现 Cloneable 接口，表明该类是可以被克隆的。
③、实现 Serializable 接口
这个没什么好说的，也是标记接口，表示能被序列化。
④、实现 List 接口
这个接口是 List 类集合的上层接口，定义了实现该接口的类都必须要实现的一组方法，如下所示，下面我们会对这一系列方法的实现做详细介绍。
2、字段属性
//集合的默认大小 private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; //空的数组实例 private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {}; //这也是一个空的数组实例，和EMPTY_ELEMENTDATA空数组相比是用于了解添加元素时数组膨胀多少 private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}; //存储 ArrayList集合的元素，集合的长度即这个数组的长度 //1、当 elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 时将会清空 ArrayList //2、当添加第一个元素时，elementData 长度会扩展为 DEFAULT_CAPACITY=10 transient Object[] elementData; //表示集合的长度 private int size; 3、构造函数
public ArrayList() { = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA; } 此无参构造函数将创建一个 DEFAULTCAPACITYEMPTYELEMENTDATA 声明的数组，注意此时初始容量是0，而不是大家以为的 10。
注意：根据默认构造函数创建的集合，ArrayList list = new ArrayList();此时集合长度是0.
public ArrayList(int initialCapacity) { if (initialCapacity > 0) { = new Object[initialCapacity]; } else if (initialCapacity == 0) { = EMPTY_ELEMENTDATA; } else { throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity); } } 初始化集合大小创建 ArrayList 集合。当大于0时，给定多少那就创建多大的数组；当等于0时，创建一个空数组；当小于0时，抛出异常。
public ArrayList(Collection<? extends E> c) { elementData = c.toArray(); if ((size = elemen) != 0) { // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652) if () != Object[].class) elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class); } else { // replace with empty array. = EMPTY_ELEMENTDATA; } } 这是将已有的集合复制到 ArrayList 集合中去。
4、添加元素
通过前面的字段属性和构造函数，我们知道 ArrayList 集合是由数组构成的，那么向 ArrayList 中添加元素，也就是向数组赋值。我们知道一个数组的声明是能确定大小的，而使用 ArrayList 时，好像是能添加任意多个元素，这就涉及到数组的扩容。
扩容的核心方法就是调用前面我们讲过的Arrays.copyOf 方法，创建一个更大的数组，然后将原数组元素拷贝过去即可。下面我们看看具体实现：
public boolean add(E e) { ensureCapacityInternal(size + 1); //添加元素之前，首先要确定集合的大小 elementData[size++] = e; return true; } 如上所示，在通过调用 add 方法添加元素之前，我们要首先调用 ensureCapacityInternal 方法来确定集合的大小，如果集合满了，则要进行扩容操作。
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {//这里的minCapacity 是集合当前大小+1 //elementData 是实际用来存储元素的数组，注意数组的大小和集合的大小不是相等的，前面的size是指集合大小 ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity)); } private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) { if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {//如果数组为空，则从size+1的值和默认值10中取最大的 return Ma(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); } return minCapacity;//不为空，则返回size+1 } private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) { modCount++; // overflow-conscious code if (minCapacity - elemen > 0) grow(minCapacity); } 在 ensureExplicitCapacity 方法中，首先对修改次数modCount加一，这里的modCount给ArrayList的迭代器使用的，在并发操作被修改时，提供快速失败行为（保证modCount在迭代期间不变，否则抛出ConcurrentModificationException异常，可以查看源码865行），接着判断minCapacity是否大于当前ArrayList内部数组长度，大于的话调用grow方法对内部数组elementData扩容，grow方法代码如下：
private void grow(int minCapacity) { int oldCapacity = elemen;//得到原始数组的长度 int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);//新数组的长度等于原数组长度的1.5倍 if (newCapacity - minCapacity < 0)//当新数组长度仍然比minCapacity小，则为保证最小长度，新数组等于minCapacity newCapacity = minCapacity; //MAX_ARRAY_SIZE = In - 8 = 2147483639 if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)//当得到的新数组长度比 MAX_ARRAY_SIZE 大时，调用 hugeCapacity 处理大数组 newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); //调用 Arrays.copyOf 将原数组拷贝到一个大小为newCapacity的新数组（注意是拷贝引用） elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); } private static int hugeCapacity(int minCapacity) { if (minCapacity < 0) // throw new OutOfMemoryError(); return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? //minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE,则新数组大小为In In : MAX_ARRAY_SIZE; } 对于 ArrayList 集合添加元素，我们总结一下：
①、当通过 ArrayList() 构造一个空集合，初始长度是为0的，第 1 次添加元素，会创建一个长度为10的数组，并将该元素赋值到数组的第一个位置。
②、第 2 次添加元素，集合不为空，而且由于集合的长度size+1是小于数组的长度10，所以直接添加元素到数组的第二个位置，不用扩容。
③、第 11 次添加元素，此时 size+1 = 11，而数组长度是10，这时候创建一个长度为10+10*0.5 = 15 的数组（扩容1.5倍），然后将原数组元素引用拷贝到新数组。并将第 11 次添加的元素赋值到新数组下标为10的位置。
④、第 In - 8 = 2147483639，然后 2147483639%1.5=1431655759（这个数是要进行扩容） 次添加元素，为了防止溢出，此时会直接创建一个 1431655759+1 大小的数组，这样一直，每次添加一个元素，都只扩大一个范围。
⑤、第 In - 7 次添加元素时，创建一个大小为 In 的数组，在进行元素添加。
⑥、第 In + 1 次添加元素时，抛出 OutOfMemoryError 异常。
注意：能向集合中添加 null 的，因为数组可以有 null 值存在。
Object[] obj = {null,1}; ArrayList list = new ArrayList(); li(null); li(1); Sy(li());//2 5、删除元素
①、根据索引删除元素
public E remove(int index) { rangeCheck(index);//判断给定索引的范围，超过集合大小则抛出异常 modCount++; E oldValue = elementData(index);//得到索引处的删除元素 int numMoved = size - index - 1; if (numMoved > 0)//size-index-1 > 0 表示 0<= index < (size-1),即索引不是最后一个元素 //通过 Sy()将数组elementData 的下标index+1之后长度为 numMoved的元素拷贝到从index开始的位置 Sy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); elementData[--size] = null; //将数组最后一个元素置为 null，便于垃圾回收 return oldValue; } remove(int index) 方法表示删除索引index处的元素，首先通过 rangeCheck(index) 方法判断给定索引的范围，超过集合大小则抛出异常；接着通过 Sy 方法对数组进行自身拷贝。关于这个方法的用法可以参考这篇博客。
②、直接删除指定元素
public boolean remove(Object o) { if (o == null) {//如果删除的元素为null for (int index = 0; index < size; index++) if (elementData[index] == null) { fastRemove(index); return true; } } else {//不为null，通过equals方法判断对象是否相等 for (int index = 0; index < size; index++) if (elementData[index])) { fastRemove(index); return true; } } return false; } private void fastRemove(int index) { modCount++; int numMoved = size - index - 1; if (numMoved > 0) Sy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); elementData[--size] = null; // } remove(Object o)方法是删除第一次出现的该元素。然后通过Sy进行数组自身拷贝。
6、修改元素
通过调用 set(int index, E element) 方法在指定索引 index 处的元素替换为 element。并返回原数组的元素。
public E set(int index, E element) { rangeCheck(index);//判断索引合法性 E oldValue = elementData(index);//获得原数组指定索引的元素 elementData[index] = element;//将指定所引处的元素替换为 element return oldValue;//返回原数组索引元素 } 通过调用 rangeCheck(index) 来检查索引合法性。
private void rangeCheck(int index) { if (index >= size) throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index)); } 当索引为负数时，会抛出 java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException 异常。当索引大于集合长度时，会抛出 IndexOutOfBoundsException 异常。
7、查找元素
①、根据索引查找元素
public E get(int index) { rangeCheck(index); return elementData(index); } 同理，首先还是判断给定索引的合理性，然后直接返回处于该下标位置的数组元素。
②、根据元素查找索引
public int indexOf(Object o) { if (o == null) { for (int i = 0; i < size; i++) if (elementData[i]==null) return i; } else { for (int i = 0; i < size; i++) if (elementData[i])) return i; } return -1; } 注意：indexOf(Object o) 方法是返回第一次出现该元素的下标，如果没有则返回 -1。
还有 lastIndexOf(Object o) 方法是返回最后一次出现该元素的下标。
8、遍历集合
①、普通 for 循环遍历 前面我们介绍查找元素时，知道可以通过get(int index)方法，根据索引查找元素，那么遍历同理：
ArrayList list = new ArrayList(); li("a"); li("b"); li("c"); for(int i = 0 ; i < li() ; i++){ Sy(i)+" "); } ②、迭代器 iterator 先看看具体用法：
ArrayList<String> list = new ArrayList<>(); li("a"); li("b"); li("c"); Iterator<String> it = li(); while()){ String str = it.next(); Sy(str+" "); } 在介绍 ArrayList 时，我们知道该类实现了 List 接口，而 List 接口又继承了 Collection 接口，Collection 接口又继承了 Iterable 接口，该接口有个 Iterator iterator() 方法，能获取 Iterator 对象，能用该对象进行集合遍历，为什么能用该对象进行集合遍历？我们再看看 ArrayList 类中的该方法实现：
public Iterator<E> iterator() { return new Itr(); } 该方法是返回一个 Itr 对象，这个类是 ArrayList 的内部类。
private class Itr implements Iterator<E> { int cursor; //游标， 下一个要返回的元素的索引 int lastRet = -1; // 返回最后一个元素的索引; 如果没有这样的话返回-1. int expectedModCount = modCount; //通过 cursor ！= size 判断是否还有下一个元素 public boolean hasNext() { return cursor != size; } @SuppressWarnings("unchecked") public E next() { checkForComodification();//迭代器进行元素迭代时同时进行增加和删除操作，会抛出异常 int i = cursor; if (i >= size) throw new NoSuchElementException(); Object[] elementData = ArrayList.; if (i >= elemen) throw new ConcurrentModificationException(); cursor = i + 1;//游标向后移动一位 return (E) elementData[lastRet = i];//返回索引为i处的元素，并将 lastRet赋值为i } public void remove() { if (lastRet < 0) throw new IllegalStateException(); checkForComodification(); try { ArrayLi(lastRet);//调用ArrayList的remove方法删除元素 cursor = lastRet;//游标指向删除元素的位置，本来是lastRet+1的，这里删除一个元素，然后游标就不变了 lastRet = -1;//lastRet恢复默认值-1 expectedModCount = modCount;//expectedModCount值和modCount同步，因为进行add和remove操作，modCount会加1 } catch (IndexOutOfBoundsException ex) { throw new ConcurrentModificationException(); } } @Override @SuppressWarnings("unchecked") public void forEachRemaining(Consumer<? super E> consumer) {//便于进行forEach循环 Objec(consumer); final int size = ArrayLi; int i = cursor; if (i >= size) { return; } final Object[] elementData = ArrayList.; if (i >= elemen) { throw new ConcurrentModificationException(); } while (i != size && modCount == expectedModCount) { con((E) elementData[i++]); } // update once at end of iteration to reduce heap write traffic cursor = i; lastRet = i - 1; checkForComodification(); } //前面在新增元素add() 和 删除元素 remove() 时，我们可以看到 modCount++。修改set() 是没有的 //也就是说不能在迭代器进行元素迭代时进行增加和删除操作，否则抛出异常 final void checkForComodification() { if (modCount != expectedModCount) throw new ConcurrentModificationException(); } } 注意在进行 next() 方法调用的时候，会进行 checkForComodification() 调用，该方法表示迭代器进行元素迭代时，如果同时进行增加和删除操作，会抛出 ConcurrentModificationException 异常。比如：
ArrayList<String> list = new ArrayList<>(); li("a"); li("b"); li("c"); Iterator<String> it = li(); while()){ String str = it.next(); Sy(str+" "); li(str);//集合遍历时进行删除或者新增操作，都会抛出 ConcurrentModificationException 异常 //li(str); li(0, str);//修改操作不会造成异常 } 解决办法是不调用 ArrayLi() 方法，转而调用 迭代器的 remove() 方法：
Iterator<String> it = li(); while()){ String str = it.next(); Sy(str+" "); //li(str);//集合遍历时进行删除或者新增操作，都会抛出 ConcurrentModificationException 异常 it.remove(); } 注意：迭代器只能向后遍历，不能向前遍历，能够删除元素，但是不能新增元素。
③、迭代器的变种 forEach
ArrayList<String> list = new ArrayList<>(); li("a"); li("b"); li("c"); for(String str : list){ Sy(str + " "); } 这种语法可以看成是 JDK 的一种语法糖，通过反编译 class 文件，我们可以看到生成的 java 文件，其具体实现还是通过调用 Iterator 迭代器进行遍历的。如下：
ArrayList list = new ArrayList(); li("a"); li("b"); li("c"); String str; for (Iterator iterator1 = li(); i(); Sy((new StringBuilder(str))).append(" ").toString())) str = (String(); ④、迭代器 ListIterator 还是先看看具体用法：
ArrayList<String> list = new ArrayList<>(); li("a"); li("b"); li("c"); ListIterator<String> listIt = li(); //向后遍历 while()){ Sy()+" ");//a b c } //向后前遍历,此时由于上面进行了向后遍历，游标已经指向了最后一个元素，所以此处向前遍历能有值 while()){ Sy()+" ");//c b a } 还能一边遍历，一边进行新增或者删除操作：
ArrayList<String> list = new ArrayList<>(); li("a"); li("b"); li("c"); ListIterator<String> listIt = li(); //向后遍历 while()){ Sy()+" ");//a b c li("1");//在每一个元素后面增加一个元素 "1" } //向后前遍历,此时由于上面进行了向后遍历，游标已经指向了最后一个元素，所以此处向前遍历能有值 while()){ Sy()+" ");//1 c 1 b 1 a } 也就是说相比于 Iterator 迭代器，这里的 ListIterator 多出了能向前迭代，以及能够新增元素。下面我们看看具体实现：
对于 Iterator 迭代器，我们查看 JDK 源码，发现还有 ListIterator 接口继承了 Iterator:
public interface ListIterator extends Iterator
该接口有如下方法：
我们看在 ArrayList 类中，有如下方法可以获得 ListIterator 接口：
public ListIterator<E> listIterator() { return new ListItr(0); } 这里的 ListItr 也是一个内部类。
//注意 内部类 ListItr 继承了另一个内部类 Itr private class ListItr extends Itr implements ListIterator<E> { ListItr(int index) {//构造函数，进行游标初始化 super(); cursor = index; } public boolean hasPrevious() {//判断是否有上一个元素 return cursor != 0; } public int nextIndex() {//返回下一个元素的索引 return cursor; } public int previousIndex() {//返回上一个元素的索引 return cursor - 1; } //该方法获取当前索引的上一个元素 @SuppressWarnings("unchecked") public E previous() { checkForComodification();//迭代器进行元素迭代时同时进行增加和删除操作，会抛出异常 int i = cursor - 1; if (i < 0) throw new NoSuchElementException(); Object[] elementData = ArrayList.; if (i >= elemen) throw new ConcurrentModificationException(); cursor = i;//游标指向上一个元素 return (E) elementData[lastRet = i];//返回上一个元素的值 } public void set(E e) { if (lastRet < 0) throw new IllegalStateException(); checkForComodification(); try { ArrayLi(lastRet, e); } catch (IndexOutOfBoundsException ex) { throw new ConcurrentModificationException(); } } //相比于迭代器 Iterator ，这里多了一个新增操作 public void add(E e) { checkForComodification(); try { int i = cursor; ArrayLi(i, e); cursor = i + 1; lastRet = -1; expectedModCount = modCount; } catch (IndexOutOfBoundsException ex) { throw new ConcurrentModificationException(); } } } ### 9、SubList 在 ArrayList 中有这样一个方法：
public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) { subListRangeCheck(fromIndex, toIndex, size); return new SubList(this, 0, fromIndex, toIndex); } 作用是返回从 fromIndex(包括) 开始的下标，到 toIndex(不包括) 结束的下标之间的元素视图。如下：
ArrayList<String> list = new ArrayList<>(); li("a"); li("b"); li("c"); List<String> subList = li(0, 1); for(String str : subList){ Sy(str + " ");//a } 这里出现了 SubList 类，这也是 ArrayList 中的一个内部类。
注意：返回的是原集合的视图，也就是说，如果对 subList 出来的集合进行修改或新增操作，那么原始集合也会发生同样的操作。
ArrayList<String> list = new ArrayList<>(); li("a"); li("b"); li("c"); List<String> subList = li(0, 1); for(String str : subList){ Sy(str + " ");//a } subLi("d"); Sy(subLi());//2 Sy(li());//4,原始集合长度也增加了 想要独立出来一个集合，解决办法如下：
List subList = new ArrayList<>(li(0, 1));
10、size()
public int size() { return size; } 注意：返回集合的长度，而不是数组的长度，这里的 size 就是定义的全局变量。
11、isEmpty()
public boolean isEmpty() { return size == 0; } 返回 size == 0 的结果。
12、trimToSize()
public void trimToSize() { modCount++; if (size < elemen) { elementData = Arrays.copyOf(elementData, size); } } 该方法用于回收多余的内存。也就是说一旦我们确定集合不在添加多余的元素之后，调用 trimToSize() 方法会将实现集合的数组大小刚好调整为集合元素的大小。
注意：该方法会花时间来复制数组元素，所以应该在确定不会添加元素之后在调用。
参考文档：
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