文章有点长，比较啰嗦，请耐心看完！（基于Android API 25）
一、概述
首先得明白ArrayList在数据结构中是个什么，从名字看，可以直译为“数组集合”，内部的实现八九不离十是用数组来实现的，因此在数据结构中属于线性表结构（0个或者多个元素的有限序列）：数据的存储和关系
是这样：
Paste_Image.png
而不是这样的树形的：
Paste_Image.png
ArrayList内部用到了数组来做基本的数据存储结构，那就说明是它一个连续内存块或者存储块的顺序存储结构。
一个连续存储地址的结构
这样的存储结构是优缺点是：
优点：由于是连续的内存地址存储块，对于查询一个或者多个存储内容，就很容易了，只要找到一个元素的内容a，加上每个元素所占的内存字节数c，a+c就很容易找到下一个元素，计算量小很高效。
缺点：缺点也显而易见，举个栗子。
a: 你在火车站买票，这个时候，一个漂亮的主播妹纸突然插队到你前面，你和你后面的一起排队的人是不是都得往后退一个位置，妹纸才能插入到你的位置上吧。这个时候这一队中需要挪动位置的人（也就是数组位置）是不是很多，当你和后面排队的人都后退一个位置后，妹纸的插队才算是完成了。这是不是很耗费时间。
b: 你前面的一个哥们突然不想排队走了，空出了一个位置，这时候你和后面排队的人是不是都得往前挪动一个位置，当所有人都挪动完后，这个队伍才恢复原来没有人走的情况，是不是也很耗费时间。
这优缺点要说明的是什么呢，顺序存储的线性表插入和删除的都比较耗费时间，而查询确非常的快。
二、源码解析（Android API 25）
-
ArrayList的类继承关系结构
ArrayList类继承关系结构.png - 构造函数
/**
* Constructs an empty list with an initial capacity of ten.
* 使用10个初始容量构造一个空的集合
*/
public ArrayList() {
super();
// 用一个空的数组进行初始化
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
// 来看看 elementData和EMPTY_ELEMENTDATA是什么
/**
* Shared empty array instance used for empty instances.
* 就是一个空数组常量，可是无参的构造的注释又说是内置了10个初始容量，
* 搞不懂哪里有内置，Google的工程师注释乱写的么，逗我
*/
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
* The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored.
* The capacity of the ArrayList is the length of this array buffer. Any
* empty ArrayList with elementData == EMPTY_ELEMENTDATA will be expanded to
* DEFAULT_CAPACITY when the first element is added.
* ArrayList的所有元素都存储在elementData这个数组中，
* 并且ArrayList的容量就是这个缓存数组的长度。
* 任何一个使用elementData == EMPTY_ELEMENTDATA初始化的空的ArrayList
*（也就是用 new ArrayList()来构造一个对象的）
* 在第一次调用add方法的时候，都会被扩充容量到DEFAULT_CAPACITY
*（原来是在第一次调用add方法的时候用了默认的10作为ArrayList的容量，
* 看来Android工程师注释不是乱写的）
*
* Package private to allow access from java.util.Collections.
*/
transient Object[] elementData;
这样的设计也是体现了性能的优化：
new ArrayList()构造的时候并没有马上的扩容去申请一堆的Object[] 数据缓存堆内存，而是等到用的时候才去申请。这个性能优化的小技巧可以学习，初始化的时候尽量少开辟还暂时不用的堆内存，等到需要使用的时候再去申请。果然Android工程师都是身经百战的老司机啊，性能优化还的多看看源码好啊。
/**
* Constructs an empty list with the specified initial capacity.
*
* @param initialCapacity the initial capacity of the list
* @throws IllegalArgumentException if the specified initial capacity
* is negative
*/
public ArrayList(int initialCapacity) {
super();
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
this.elementData = new Object[initialCapacity];
}
这个构造没啥好说的，先检查初始化容量参数的合法性，别整个小于0的容量(不合法就抛出容量参数不合法异常，代码逻辑严谨)，根据指定的容量初始化缓存ArrayList数据元素的数组。
/**
* Constructs a list containing the elements of the specified
* collection, in the order they are returned by the collection's
* iterator.
* 构造一个包含了参数里的集合的ArrayList
*
* @param c the collection whose elements are to be placed into this list
* @throws NullPointerException if the specified collection is null
* 传进来的集合如果是null的话会抛出NullPointerException 异常
*/
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
elementData = c.toArray();
size = elementData.length;
// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
}
首先把传进来的collection集合转换成Object[]数组对象赋值给内部的数组缓存对象，然后初始化ArrayList的size大小，最后注释写c.toArray可能出错返回的不是Object[], 判断下如果返回的不是Object[]的类类型，就用Object[].class，复制一个Object[]类型的数组给elementData长度是size。
在使用这个构造函数初始化ArrayList的时候，需要注意的是传递的collection不是为null，比如使用的时候：
List<User> userList = null;
List<LoginUser> loginUserList = null;
if(null != userList) {
loginUserList =new ArrayList(userList);
}
一定得对userList进行先行的判断，不然指不定程序在什么情况下给你来个没女朋友、没对象、没媳妇的异常报错奔溃。据腾讯Bugly报告反馈2016年Android应用奔溃最高的错误异常就是这个NullPointerException 没媳妇了，java就是这么蛋疼凡是使用前都得先做下非空判断。
- 增删改查
- 增加
/** * Appends the specified element to the end of this list. * 追加一个元素到集合列表的末尾 * * @param e element to be appended to this list * @return <tt>true</tt> (as specified by {@link Collection#add}) */ public boolean add(E e) { // 确认内部容量，并增加一次操作计数modCount ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! // 把新的元素赋值给缓存数组的size位置后size加一， elementData[size++] = e; return true; }
这里需要留意的是add方法并没有判断或者抛出一次说追加进来的e元素不能为null，ArrayList是运行add一个为null的对象的，如下图：
ArrayList是运行add一个为null的对象的
// 确定内部的容量大小
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
// 当使用new ArrayList()构造ArrayList对象的时候，
// 在第一次add元素(这时候elementData还是一个空的缓存数组)，
// 此时入参数minCapacity是1，以为在调用add方法的时候size+1了
if (elementData == EMPTY_ELEMENTDATA) {
// 就用DEFAULT_CAPACITY来作为最小的容量值10
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
// 再一次确定明确的容量
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
// minCapacity为10，此时elementData还没有元素长度是0
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
/**
* Increases the capacity to ensure that it can hold at least the
* number of elements specified by the minimum capacity argument.
*
* @param minCapacity the desired minimum capacity
*/
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
// 从上面一路调用下来，minCapacity为10，elementData还是空的对象数组，oldCapacity为0
int oldCapacity = elementData.length;
// oldCapacity 的向右位移一位就是除以2的意思，newCapacity也为0
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
// 0 - 10 < 0成立
if (newCapacity - minCapacity < 0)
// newCapacity为10
newCapacity = minCapacity;
// MAX_ARRAY_SIZE是个啥玩意，请看下面解释
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
// 当想要申请的数组容量大小超过了最大的虚拟机允许的大小，
// 就会重新计算出合适的
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
// 很显然这里我们没有超过，通常情况下minCapacity是比较接近size值的，
// 那么接下来就是真正的给elementData缓存数组扩容，
// Arrays.copyOf返回了一个复制好原来elementData内容的新的数组对象给elementData，
// 对于我们这样从上门一直调用下来的情况elementData只是扩充了容量elementData.length变成了10，
// 但是这个数组里面目前还没有元素，ArrayList的属性size还是为0，
// 扩容完成后，我们再回过头来看上面add(E e)方法中：
// elementData[size++] = e就很容易理解了，
// 此处e只是添加到了elementData数组的第0个位置，
// 然后size+1变成1，ArrayList.size()是1，
// 表示里面真实的元素有1个，而非里面数组的长度是1。
// 所以ArrayList的size和容量不一定是一样的，是不同的概念。
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
public static <T> T[] copyOf(T[] original, int newLength) {
return (T[]) copyOf(original, newLength, original.getClass());
}
public static <T,U> T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class<? extends T[]> newType) {
// newType我们就是Object[]的类类型，于是重新实例化了一个Object[]数组对象
T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class)
? (T[]) new Object[newLength]
: (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength);
// 并把传递进来的original就是elementData复制到新创建的copy数组对象里，
// 这是一个jni的本地接口，因为数组的复制计算性能耗费高，
// 所以Android工程师就采用了jni底层c/c++来更高效的执行复制操作，
// 最后返回复制好的新创建的数组对象
System.arraycopy(original, 0, copy, 0,
Math.min(original.length, newLength));
return copy;
}
// 处理巨大容量的问题
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
// 当前最小的容量小于0就抛出内存溢出错误
if (minCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
// 否则如果超过虚拟机允许的最大的数组大小，
// 就使用Integer的最大值，反正使用Array的最大的值
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}
/**
* The maximum size of array to allocate.
* Some VMs reserve some header words in an array.
* Attempts to allocate larger arrays may result in
* OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit
* Integer的最大值减去8 = 2147483647 - 8 = 2147483639
* 这是数组能够申请最大的大小，如果试图申请比这个还要大的大小，
* 就会超过VM虚拟机的限制而抛出内存溢出的错误OutOfMemoryError
*/
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
```
- **删除**
```java
/**
* Removes the element at the specified position in this list.
* Shifts any subsequent elements to the left (subtracts one from their
* indices).
*
* @param index the index of the element to be removed
* @return the element that was removed from the list
* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
*/
public E remove(int index) {
// 检查下需要删除的index会不会超过size大小，
// 超过了虽然不一定会超出elementData的数组下标大小，
// 当是木有元素内容啊，没有意义，
// 而且数组删除内容是要移动元素位置的，容易出现问题，所以抛出了一个下标越界异常
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
// 操作计数加一
modCount++;
// 临时缓存下要被删除的元素对象
E oldValue = (E) elementData[index];
// 表示删除一个元素数组需要移动的个数
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
// 缓存数组size-1的位置的引用置空，交给GC来管理内存
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
// 返回被删除的元素对象
return oldValue;
}
具体的删除操作.png
（画的这么丑也好意思贴出来，真是表脸），
①、调用remove(1)方法时，index为1，如图假设我们ArrayList的容量是10，元素有5个即size为5。
②、计算后，numMove为3。
③、通过System.arraycopy来copy移动elementData数组，b为需要移动的元素，移动到a（也就是覆盖了index为1的值）。
④、元素少了一个size减一，移动后elementData[4]的元素就没用了腾出来了，置为null后交给GC去处理内存。
最后返回被删除的旧元素对象。
注意事项：从上面可以看出，调用remove方法的时候，size是变动的，所以一下边遍历边删除就会出现问题：
边遍历边删除.png
执行结果
对应的值错乱了。解决方案：改用迭代器来删除。
// 删除集合中的指定的一个元素
public boolean remove(Object o) {
// 当指定的元素为null时
if (o == null) {
// 遍历查找，如果相等就删除，然后终止查找
for (int index = 0; index < size; index++)
if (elementData[index] == null) {
fastRemove(index);
return true;
}
} else {
// 遍历查找，如果相等就删除，然后终止查找
for (int index = 0; index < size; index++)
if (o.equals(elementData[index])) {
fastRemove(index);
return true;
}
}
return false;
}
```
从上面源码可以看出，这个remove方法只是删除遍历的时候第一个与入参对象相等的元素，如下图所示：
> 注意事项：add了null的元素后，RecyclerView出现了空白项item的问题，所以数据在设置到适配器前得做非空检查
```java
public void clear() {
modCount++;
// clear to let GC do its work
for (int i = 0; i < size; i++)
elementData[i] = null;
size = 0;
}
clear方法就很简单了，把遍历把缓存数组中有元素部分遍历置空，size也为0后交给GC处理。
- 修改
public E set(int index, E element) {
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
// 保存修改前旧的元素对象
E oldValue = (E) elementData[index];
// 直接赋值修改index下标对应的缓存数组里的元素
elementData[index] = element;
// 返回修改前旧的元素对象
return oldValue;
}
```
- **查询**
```java
/**
* Returns the element at the specified position in this list.
* 返回指定位置的列表元素
*
* @param index index of the element to return 指定的位置
* @return the element at the specified position in this list
* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc} 下标边界值异常
*/
public E get(int index) {
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
// 很简单直接获取缓存数组对应下标的元素对象
return (E) elementData[index];
}
```
通常我们查询遍历ArrayList的时候还会用到迭代器：
```java
Iterator<String> iterator = dataList.iterator();
while (iterator.hasNext()){
String item = iterator.next();
System.out.println("item_iterator = " + item);
}
来看看内部的实现：
private class Itr implements Iterator<E> {
// The "limit" of this iterator. This is the size of the list at the time the
// iterator was created. Adding & removing elements will invalidate the iteration
// anyway (and cause next() to throw) so saving this value will guarantee that the
// value of hasNext() remains stable and won't flap between true and false when elements
// are added and removed from the list.
protected int limit = ArrayList.this.size;
// 游标值表示下一个元素的index下标
int cursor; // index of next element to return
// 表示当前遍历到了哪一个元素的index下标，如果没有了就为-1
int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such
// 操作计数器
int expectedModCount = modCount;
public boolean hasNext() {
// 如果下一个index小于当前具体的元素个数（初始值是集合的size，使用迭代器来add、remove元素的时候会被修改）表示集合中还有下一个元素返回true，否则为false
return cursor < limit;
}
@SuppressWarnings("unchecked")
public E next() {
// 操作计数器不相等，抛出并发修改值异常（ArrayList是一个线程不安全的线性表，
// 不同线程都操作一个ArrayList对象会出现线程同步问题）
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
// 临时存储游标值
int i = cursor;
// 如果游标值大于等于现有的元素个数，抛出没有此元素异常
if (i >= limit)
throw new NoSuchElementException();
// 赋值给一个新的Object数组对象，避免全局的elementData被修改
Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length)
throw new ConcurrentModificationException();
// 游标值加一，便于下一次迭代器遍历使用
cursor = i + 1;
// 取出当前元素对象返回
return (E) elementData[lastRet = i];
}
public void remove() {
if (lastRet < 0)
throw new IllegalStateException();
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
try {
// 使用ArrayList的remove方法删除当前遍历位置的元素
ArrayList.this.remove(lastRet);
// 回退当前的游标值
cursor = lastRet;
// 当前遍历的元素已经被删除了index不存在则为-1
lastRet = -1;
expectedModCount = modCount;
// 集合可被遍历的元素个数值减一
limit--;
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
// 删除元素的时候，当前遍历的元素大于等于集合的size则抛出异常，
// 不过这里不太明白，为什么是抛出并发修改异常，
// 估计是只有不同线程同时在做remove，
// 或者add操作的时候由于size的变动而导致lastRet>=size的情况，
// maybe暂且这么理解吧，希望有知道的小伙伴们告知留言
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
}
三、总结
- ArrayList是线性表中的顺序存储结构的顺序表，因为内部维护的是一个数组，数组是一个拥有连续存储地址的存储块。
- ArrayList因为内部维护的是一个数组，查询和修改的效率很高，但是插入添加和删除的效率比较低，特别是数据量大的情况下必较明显。
- 在使用普通的for循环遍历ArrayList的时候删除其中的元素容易出现数据删除错乱问题，改用Iterator迭代器能够很好的解决这个问题。
- ArrayList在添加元素的时候是允许加入null元素的，为了避免后续使用数据时出现NullPointerException的异常，请先对要添加的元素做非空判断。
-
ArrayList从上面的源码分析可以看出，它可以添加重复的元素对象，所以在添加对象的时候做好相等对象的判断。
添加重复元素对象.png - 从上面源码可以看出，ArrayList的size和真实申请的堆内存对象容量不同，所以在使用的时候控制好ArrayList的容量使用也是很好的性能优化手段。
- ArrayList的是线程不安全的，在多线程环境下需要注意对象数据同步问题。
