一、ArrayList的数据结构：
ArrayList的数据结构如下：
image.png
说明：通过查看源码可以知道ArrayList底层的数据结构是数组，数组元素的类型是Object类型，即可以存放所有类型的数据，所有对ArrayList类的实例的操作底层都是基于数组实现。
二、ArrayList源码分析：
1、ArrayList的继承关系：
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
说明：ArrayList继承了AbstractList抽象父类，实现了List接口（规定List的操作规范）、RandomAccess（可随机访问）、Cloneable（可拷贝）、Serializable（可串行化）
2、ArrayList类的属性：
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
// 版本号
private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
// 缺省容量
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
// 空对象数组
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 缺省空对象数组
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 元素数组
transient Object[] elementData;
// 实际元素大小，默认为0
private int size;
// 最大数组容量
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
}
说明：类的属性中核心属性为elementData，类型是Object[]，用于存放实际元素，并且标记为transient，意味着在序列化的时候，此此段不会被序列化。
3、ArrayList类构造函数：
//ArrayList(int) 构造函数：
//指定elementData数组的大小，不允许初始化大小为0，否则抛出异常
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) { // 初始容量大于0
this.elementData = new Object[initialCapacity]; // 初始化元素数组
} else if (initialCapacity == 0) { // 初始容量为0
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; // 为空对象数组
} else { // 初始容量小于0，抛出异常
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}
//ArrayList()构造函数：
//当为指定初始大小时，会给elementData赋值为空集合
public ArrayList() {
// 无参构造函数，设置元素数组为空
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
//ArrayList(Collection<?extends E>)构造函数
//当传递的参数为集合类型时，会把集合类型转化为数组类型，并赋值给elementData
public ArrayList(Collection<? extends E> c) { // 集合参数构造函数
elementData = c.toArray(); // 转化为数组
if ((size = elementData.length) != 0) { // 参数为非空集合
if (elementData.getClass() != Object[].class) // 是否成功转化为Object类型数组
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class); // 不为Object数组的话就进行复制
} else { // 集合大小为空，则设置元素数组为空
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}
4、核心方法分析：
4.1、add()方法：
public boolean add(E e) { // 添加元素
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
可以看到，add方法里面调用了ensureCapacityInternal()方法，该方法可以理解为为确保elementData数组有合适的大小，其具体实现如下：
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { // 判断元素数组是否为空数组
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); // 取较大值
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
在ensureCapacityInternal()方法中，调用了 ensureExplicitCapacity()方法，该方法也是为了确保数组有合适的大小，具体实现如下：
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
// 结构性修改加1
modCount++;
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
而ensureExplicitCapacity()方法中，又调用了grow()方法，具体实现如下：
private void grow(int minCapacity) {
int oldCapacity = elementData.length; // 旧容量
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // 新容量为旧容量的1.5倍
if (newCapacity - minCapacity < 0) // 新容量小于参数指定容量，修改新容量
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) // 新容量大于最大容量
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); // 指定新容量
// 拷贝扩容
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
总结：通过以上方法跟踪，我们可以发现add()方法最终调用了grow()方法，其他均为过程方法,grow()方法里面定义了数组元素的存储以及扩容方式。
4.2、set()方法：需要设置下标
public E set(int index, E element) {
// 检验索引是否合法
rangeCheck(index);
// 旧值
E oldValue = elementData(index);
// 赋新值
elementData[index] = element;
// 返回旧值
return oldValue;
}
4.3、indexOf()方法：
// 从首开始查找数组里面是否存在指定元素
public int indexOf(Object o) {
if (o == null) { // 查找的元素为空
for (int i = 0; i < size; i++) // 遍历数组，找到第一个为空的元素，返回下标
if (elementData[i]==null)
return i;
} else { // 查找的元素不为空
for (int i = 0; i < size; i++) // 遍历数组，找到第一个和指定元素相等的元素，返回下标
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
// 没有找到，返回空
return -1;
}
说明：从头开始查找与指定元素相等的元素，可以查找null元素，即ArrayList中可以存null元素，与该方法对应的lastIndexOf()方法，表示从尾部元素开始查找。
4.4、get()方法：
public E get(int index) {
// 检验索引是否合法
rangeCheck(index);
return elementData(index);
}
说明：get方法会坚持索引是否合法（只检查是否大于size，而没有检查是否小雨0），非法则抛出数组越界异常，值得注意的是，在get方法中通过调用elementData方法返回具体元素，elementData方法实现如下：
E elementData(int index) {
return (E) elementData[index];
}
注意：返回的值都经过了向下转型（Object->E），这是应用程序设计中屏蔽的小细节
4.5、remove()方法：
public E remove(int index) {
// 检查索引是否合法
rangeCheck(index);
modCount++;
E oldValue = elementData(index);
// 需要移动的元素的个数
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
// 赋值为空，有利于进行GC
elementData[--size] = null;
// 返回旧值
return oldValue;
}
说明：remove方法用于移除指定下标的元素，此时会把指定下标到数组末尾的元素向前移动一个单位，并且会把数组最后一个元素设置为null,这样做是为了方便之后整个数组不使用时，会被GC，这是个小技巧。
三、总结：
ArrayList和LinkedList的区别：
1、ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构，LinkedList基于链表的数据结构。
2、对于随机访问get和set，ArrayList优于LinkedList，因为LinkedList要移动指针。
3、对于新增和删除操作add和remove（不是在尾部添加删除），LinkedList比较占优势，因为ArrayList要移动数据。
ArrayList和Vector的区别：
1、Vector和ArrayList几乎是完全相同的,唯一的区别在于Vector是同步类(synchronized)，属于强同步类。因此开销就比ArrayList要大，访问要慢。正常情况下,大多数的Java程序员使用ArrayList而不是Vector,因为同步完全可以由程序员自己来控制。
2、 Vector每次扩容请求其大小的2倍空间，而ArrayList是1.5倍。
3、Vector还有一个子类Stack.
参考资料：
1、博客园
2、简书：占小狼，相关文章内容总结
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