JDK版本为1.8.0_271，以插入和删除元素为例，部分源码如下：
// 部分属性
transient Object[] elementData; // 底层数组
private int size; // 记录元素个数
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}; // 空Object数组
//构造器
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA; //初始化为空数组
}
//方法:add()相关方法
public boolean add(E e) {
//查看当前数组是否够多存一个元素
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
//存入新元素到[size]位置，然后size自增1
elementData[size++] = e;
return true;
}
// 根据当前插入元素后所需要的容量判断
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}
// 计算当前插入元素后所需要的容量
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
//如果当前数组还是空数组
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
//那么minCapacity取DEFAULT_CAPACITY(10)与minCapacity的最大值
return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
return minCapacity;
}
//查看是否需要扩容
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++; //修改次数加1
//如果需要的最小容量比当前数组的长度大，即当前数组不够存，就扩容
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
// 数组扩容，在默认扩容为1.5倍，不够的话就选minCapacity，并校验是否越界，然后拷贝元素
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length; //当前数组容量
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); //新数组容量是旧数组容量的1.5倍
//看旧数组的1.5倍是否够
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
//看新数组长度是否超过最大数组限制(Integer.MAX_VALUE-8)
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
//复制一个新数组
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
// 新数组长度超过最大数组限制(Integer.MAX_VALUE-8)
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
// 对minCapacity和MAX_ARRAY_SIZE进行比较
// 若minCapacity大，将Integer.MAX_VALUE作为新数组的大小
// 若MAX_ARRAY_SIZE大，将MAX_ARRAY_SIZE作为新数组的大小
// MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}
// 移除元素，elementData为底层数组
public boolean remove(Object o) {
// 判断当前元素是否为null
if (o == null) {
// 逐个遍历底层数组中元素，
for (int index = 0; index < size; index++)
// 是否存在null
if (elementData[index] == null) {
fastRemove(index); // 移除index位置的元素
return true;
}
} else {
// 逐个遍历底层数组中元素，
for (int index = 0; index < size; index++)
// 是否存在与o相等的元素
if (o.equals(elementData[index])) {
fastRemove(index);
return true;
}
}
return false;
}
// 移除index位置的元素
private void fastRemove(int index) {
modCount++; // 修改次数加1
int numMoved = size - index - 1; // 需要迁移的元素数量，[index+1,size)区间
// 根据numMoved判断是否需要迁移index之后的元素
if (numMoved > 0) // 不是，需要迁移元素
// 迁移[index+1,size)区间到[index,size-1)区间
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
// 更新size
elementData[--size] = null;
}
在网上找了个添加元素的示意图，如图所示：
- ArrayList采用Object[]数组作为底层实现
-
ArrayList自动扩容过程
grow扩容方法会传入minCapacity，表示新list所需的最小容量；
新list的容量newCapacity取原list长度*1.5和minCapacity的较大值
-
ArrayList的add(E e)方法
直接在list尾部插入元素e，无需迁移元素，时间复杂度o(1)
-
ArrayList的add(int index,E e)方法
在index位置插入元素e前，需要把之前[index,size）的元素整体向右迁移一个单位；
然后插入元素e到index位置，并更新size,时间复杂度o(n)
ArrayList与Vector的区别
它们的底层物理结构都是数组，我们称为动态数组。
- ArrayList是新版的动态数组，线程不安全，效率高，Vector是旧版的动态数组，线程安全，效率低。
- 动态数组的扩容机制不同，ArrayList默认扩容为原来的1.5倍，Vector默认扩容增加为原来的2倍。
- 数组的初始化容量，如果在构建ArrayList与Vector的集合对象时，没有显式指定初始化容量，那么Vector的内部数组的初始容量默认为10，而ArrayList在JDK 7.0 及之前的版本也是10(饿汉式)，JDK8.0 之后的版本ArrayList初始化为长度为0的空数组，之后在添加第一个元素时，再创建长度为10的数组。(懒汉式)
- 原因： ArrayList添加元素的时候，再创建数组，避免浪费。因为很多方法的返回值是ArrayList类型，需要返回一个ArrayList的对象，例如：后期从数据库查询对象的方法，返回值很多就是ArrayList。有可能你要查询的数据不存在，要么返回null，要么返回一个没有元素的ArrayList对象。
由于ArrayList线程不安全，效率高，而Vector为了线程安全（方法加了synchronized关键字），效率低。JDK又提供了一个折中的动态数组CopyOnWriteArrayList，其核心在于其采用了 写时复制（Copy-On-Write） 的策略，概述为：当需要修改（ add，set、remove 等操作） CopyOnWriteArrayList 的内容时，不会直接修改原数组，而是会先创建底层数组的副本，对副本数组进行修改，修改完之后再将修改后的数组赋值回去，这样就可以保证写操作不会影响读操作了。
参考链接：JavaGuide CopyOnWriteArrayList
