/**
 * 返回元素数量
 */
public int size() {
    return size;
}

/**
 * 此列表元素数量为 0 则返回 true
 */
public boolean isEmpty() {
    return size == 0;
}

/**
 * 此列表含有指定元素，则返回true
 */
public boolean contains(Object o) {
    return indexOf(o) >= 0;
}

/**
 * 返回此列表中元素首次出现位置的索引
 * 若不包含此元素，则返回 -1
 */
public int indexOf(Object o) {
    if (o == null) {
        for (int i = 0; i < size; i++)
            if (elementData[i]==null)
                return i;
    } else {
        // 本质就是循环 equals 比对
        for (int i = 0; i < size; i++)
            if (o.equals(elementData[i]))
                return i;
    }
    return -1;
}

/**
 * 返回此列表中指定元素的最后一次出现的索引
 * 如果此列表不包含元素，则返回 -1
 */
public int lastIndexOf(Object o) {
    if (o == null) {
        for (int i = size-1; i >= 0; i--)
            if (elementData[i]==null)
                return i;
    } else {
        // 逆向循环 equals 比对
        for (int i = size-1; i >= 0; i--)
            if (o.equals(elementData[i]))
                return i;
    }
    return -1;
}


/**
 * 返回 ArrayList 实例的浅拷贝
 */
public Object clone() {
    try {
        ArrayList<?> v = (ArrayList<?>) super.clone();
        // 实现数组的复制，参数为被复制者的参数
        v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
        v.modCount = 0;
        return v;
    } catch (CloneNotSupportedException e) {
        // this shouldn't happen, since we are Cloneable
        throw new InternalError(e);
    }
}

/**
 * 返回一个包含此列表中所有元素的数组（理解为将集合转为数组即可）
 */
public Object[] toArray() {
    return Arrays.copyOf(elementData, size);
}

/**
 * 将list转化为你所需要类型的数组，然后返回
 */
@SuppressWarnings("unchecked")
public <T> T[] toArray(T[] a) {
    if (a.length < size)
        // Make a new array of a's runtime type, but my contents:
        return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());
    // 复制用法，下面专题会讲解此内容
    System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);
    if (a.length > size)
        a[size] = null;
    return a;
}

// Positional Access Operations

@SuppressWarnings("unchecked")
E elementData(int index) {
    return (E) elementData[index];
}

/**
 * 返回此列表中指定位置的元素。
 */
public E get(int index) {
    // index 范围检查
    rangeCheck(index);
    return elementData(index);
}

/**
 * 用指定的元素替换此列表中指定位置的元素。
 */
public E set(int index, E element) {
    // index 范围检查
    rangeCheck(index);
	// 根据 index 找到想替换的旧元素
    E oldValue = elementData(index);
    // 替换元素
    elementData[index] = element;
    return oldValue;
}

/**
 * 将指定的元素追加到此列表的末尾。
 */
public boolean add(E e) {
    // 确认 list 容量，尝试容量加 1，看看有无必要扩容
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    // 赋值
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

/**
 * 在此列表中的指定位置插入指定的元素
 * 再将从index开始之后的所有成员后移一个位置；将element插入index位置；最后size加1。
 */
public void add(int index, E element) {
    // 调用 rangeCheckForAdd 对 index 进行范围检查
    rangeCheckForAdd(index);
	// 保证容量足够
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    // 自己复制自己，然后达到 index 之后全部元素向后挪一位的效果
    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                     size - index);
    // 然后将 index 赋值为指定的元素
    elementData[index] = element;
    size++;
}

/**
 * 移除该列表中指定位置的元素。 将任何后续元素移动到左侧（从其索引中减去一个元素）。
 */
public E remove(int index) {
    // 调用 rangeCheckForAdd 对 index 进行范围检查
    rangeCheck(index);
    modCount++;
    // 找到待移除的值
    E oldValue = elementData(index);
	// 计算出需要移动元素的数量
    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        // 同样复制自己，使得被移除元素右侧的元素整体向左移动
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                         numMoved);
    elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
    return oldValue;
}

/**
 * 从集合中移除第一次出现的指定元素
 */
public boolean remove(Object o) {
    if (o == null) {
        for (int index = 0; index < size; index++)
            if (elementData[index] == null) {
                fastRemove(index);
                return true;
            }
    } else {
        // 也很简单，就是一个循环 equals 判断，然后移除
        for (int index = 0; index < size; index++)
            if (o.equals(elementData[index])) {
                fastRemove(index);
                return true;
            }
    }
    return false;
}

/*
 * 跳过范围检查的删除方式，与remove(Object o)相同
 */
private void fastRemove(int index) {
    modCount++;
    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                         numMoved);
    elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
}

/**
 * 从列表中删除所有元素。
 */
public void clear() {
	modCount++;
    // clear to let GC do its work
    for (int i = 0; i < size; i++)
        // 元素全部设为 null
        elementData[i] = null;
    // 长度设为 0
    size = 0;
}

/**
 * 按指定集合的Iterator返回的顺序
 * 将指定集合中的所有元素追加到此列表的末尾。
 */
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
    // 转为数组
    Object[] a = c.toArray();
    // 拿到待添加指定数组的长度
    int numNew = a.length;
    // 确认 list 容量，尝试容量加上 numNew，看看有无必要扩容
    ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount
    // 利用 arraycopy 指定数组a的元素追加到当前数组 elementData 后
    System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
    size += numNew;
    return numNew != 0;
}

/**
 * 按指定集合的Iterator返回的顺序
 * 将指定集合中的所有元素添加到此列表中，从指定位置开始
 * 
 */
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) { 
    rangeCheckForAdd(index);
    Object[] a = c.toArray();
    int numNew = a.length;
    ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount
	// 计算需要移动的元素
    int numMoved = size - index;
    if (numMoved > 0)
        // 实现元素指定位置的插入，本质还是 arraycopy 自身
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,
                         numMoved);

    System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
    size += numNew;
    return numNew != 0;
}

/**
 * 删除指定索引范围内的元素（fromIndex - toIndex）
 * 将任何后续元素移动到左侧（减少其索引）。
 */
protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {
    modCount++;
    int numMoved = size - toIndex;
    System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex,
                     numMoved);

    // clear to let GC do its work
    int newSize = size - (toIndex-fromIndex);
    for (int i = newSize; i < size; i++) {
        elementData[i] = null;
    }
    size = newSize;
}

/**
 * 检查给定的索引是否在范围内。
 */
private void rangeCheck(int index) {
    // 下标越界就直接抛异常
    if (index >= size)
        throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}

/**
 * 另一个版本，针对add 和 addAll使用
 */
private void rangeCheckForAdd(int index) {
    if (index > size || index < 0)
        throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}

/**
 * 与上面套娃使用
 */
private String outOfBoundsMsg(int index) {
    return "Index: "+index+", Size: "+size;
}

/**
 * 从此列表中删除指定集合中包含的所有元素。
 */
public boolean removeAll(Collection<?> c) {
    Objects.requireNonNull(c);
    return batchRemove(c, false);
}

/**
 * 仅保留此列表中包含在指定集合中的元素。即删掉没有的部分
 */
public boolean retainAll(Collection<?> c) {
    Objects.requireNonNull(c);
    return batchRemove(c, true);
}

/**
 * 删除的具体逻辑，下面会有专题讲解
 */
private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement) {
    final Object[] elementData = this.elementData;
    int r = 0, w = 0;
    boolean modified = false;
    try {
        for (; r < size; r++)
            // 通过循环判断数组中有没有指定数组中的每一个值，complement 是参数传递的
            if (c.contains(elementData[r]) == complement)
                // 就将原数组的r位置的数据覆盖掉w位置的数据
                // r位置的数据不变，并其w自增，r自增
                // 否则，r自增，w不自增
                // 本质：把需要移除的数据都替换掉，不需要移除的数据前移
                elementData[w++] = elementData[r];
    } finally {
        // Preserve behavioral compatibility with AbstractCollection,
        // even if c.contains() throws.
        if (r != size) {
            System.arraycopy(elementData, r,
                             elementData, w,
                             size - r);
            w += size - r;
        }
        if (w != size) {
            // clear to let GC do its work
            for (int i = w; i < size; i++)
                elementData[i] = null;
            modCount += size - w;
            size = w;
            modified = true;
        }
    }
    return modified;
}

// writeObject readObject 序列化相关的省略
   
/**
 * 列表迭代器：List集合特有的迭代器
 */
public ListIterator<E> listIterator(int index) {
    if (index < 0 || index > size)
        throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);
    return new ListItr(index);
}


public ListIterator<E> listIterator() {
    return new ListItr(0);
}

// foreach 遍历等同于 iterator
public Iterator<E> iterator() {
    return new Itr();
}


private class Itr implements Iterator<E> {
    // 下一个要访问的元素下标
    int cursor; 
    // 上一个要访问的元素下标
    int lastRet = -1; 
    // 代表对 ArrayList 修改次数的期望值，初始值为 modCount
    int expectedModCount = modCount;

    Itr() {}

    // 下标如果
    public boolean hasNext() {
        return cursor != size;
    }

    /**
     * 刚开始cursor = 0，lastRet = -1
     * 整个过程结束 cursor 和 lastRet 都会自增 1
     */
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public E next() {
        // 跳转本质是判断 modCount 是否等于 expectedModCount
        checkForComodification();
        int i = cursor;
       // 判断 cursor 是否超过集合大小和数组长度
        if (i >= size)
            throw new NoSuchElementException();
        Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
        if (i >= elementData.length)
            throw new ConcurrentModificationException();
        cursor = i + 1;
        // 将 cursor 赋值给 lastRet，然后把此下标处的元素返回
        return (E) elementData[lastRet = i];
    }

    public void remove() {
        // 先判断 lastRet 的值是否小于 0
        if (lastRet < 0)
            throw new IllegalStateException();
        // 跳转本质是判断 modCount 是否等于 expectedModCount
        checkForComodification();

        try {
            // 直接调用 ArrayList 的 remove 方法删除下标为 lastRet 的元素
            ArrayList.this.remove(lastRet);
            cursor = lastRet;
            lastRet = -1;
            expectedModCount = modCount;
        } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
            throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }
    
    // forEachRemaining 略

    final void checkForComodification() {
        if (modCount != expectedModCount)
            throw new ConcurrentModificationException();
    }
}

3. 重点内容分析

3.1 扩容机制再分析

3.1.1 ArrayList 是如何被初始化的

ArrayList 提供了 1 个无参构造和 2 个带参构造来初始化 ArrayList ，我们在创建 ArrayList 时，经常使用无参构造的方式，其本质就是初始化了一个空数组，直到向数组内真的添加元素的时候才会真的去分配容量。例如：向数组中添加第一个元素，数组容量扩充为 10

补充：JDK7 无参构造 初始化 ArrayList 对象时，直接创建了长度是 10 的 Object[] 数组elementData

3.1.2 扩容机制流程分析（无参构造为例）

3.1.2.1 add()

一般来说，都是通过 add 方法触发扩容机制，我们拿最简单的尾部追加的 add() 方法举例

/**
 * 将指定的元素追加到此列表的末尾。
 */
public boolean add(E e) {
    // 确认 list 容量，尝试容量加 1，看看有无必要扩容
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    // 赋值
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

/**
 * 得到最小扩容量
 */
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}

/**
 * 计算最小扩容量（被调用）
 */
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
     // 如果元素数组为默认的空
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        // 获取“默认的容量”和“传入参数 minCapacity ”两者之间的最大值
        return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }
    return minCapacity;
}

/**
 * 判断是否需要扩容
 */
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;
    // overflow-conscious code
    // 如果最小容量比数组的长度还大
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        // 就调用grow方法进行扩容
        grow(minCapacity);
}

/**
 * 要分配的最大数组大小
 */
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

/**
 * ArrayList 扩容的核心方法
 */
private void grow(int minCapacity) {
    // 将当前元素数组长度定义为 oldCapacity 旧容量
    int oldCapacity = elementData.length;
    // 新容量更新为旧容量的1.5倍
    // oldCapacity >> 1 为按位右移一位，相当于 oldCapacity 除以2的1次幂
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    // 然后检查新容量是否大于最小需要容量，若还小，就把最小需要容量当作数组的新容量
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    // 再检查新容量是否超出了ArrayList 所定义的最大容量
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        // 若超出，则调用hugeCapacity()
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

/**
 * 比较minCapacity和 MAX_ARRAY_SIZE
 */
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
    if (minCapacity < 0) // overflow
        throw new OutOfMemoryError();
    return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
        Integer.MAX_VALUE :
    MAX_ARRAY_SIZE;
}

/**
 * 在此列表中的指定位置插入指定的元素
 * 再将从index开始之后的所有成员后移一个位置；将element插入index位置；最后size加1。
 */
public void add(int index, E element) {
    // 调用 rangeCheckForAdd 对 index 进行范围检查
    rangeCheckForAdd(index);
	// 保证容量足够
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    // 自己复制自己，然后达到 index 之后全部元素向后挪一位的效果
    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                     size - index);
    // 然后将 index 赋值为指定的元素
    elementData[index] = element;
    size++;
}

/**
 * 数组复制
 * 	src - 源数组。
 * 	srcPos - 源数组中的起始位置。
 * 	dest - 目标数组。 
 * 	destPos - 目的地数据中的起始位置。 
 * 	length - 要复制的数组元素的数量。
 */
public static void arraycopy(Object src, int srcPos, Object dest, int destPos, int length)

public static void main(String[] args) {
    int[] arr = new int[10];
    arr[0] = 11;
    arr[1] = 22;
    arr[2] = 33;
    arr[3] = 44;
    arr[4] = 55;

    System.out.println("前：" + Arrays.toString(arr));
    // 指定下标后向后挪动一位
    System.arraycopy(arr, 1, arr, 2, 4);
    // 指定下标处替换元素
    arr[1] = 666;
    System.out.println("后：" + Arrays.toString(arr));
}

public static void main(String[] args) {

    int[] arr1 = {1, 2, 3, 4, 5};
    int[] arr2 = Arrays.copyOf(arr1, 5);
    int[] arr3 = Arrays.copyOf(arr1, 10);

    System.out.println(Arrays.toString(arr1));
    System.out.println(Arrays.toString(arr2));
    System.out.println(Arrays.toString(arr3));
}