ArrayList JDK1.8原理分析

一、主要属性

//通过ArrayList实现的接口可知，其支持随机访问，能被克隆，支持序列化
public class ArrayList extends AbstractList
        implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{ 
　　//默认初始容量
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; 

    //被用于空实例的共享空数组实例
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    /**
     * Object[]类型的数组，保存了添加到ArrayList中的元素。ArrayList的容量是该Object[]类型数组的长度
     * 当第一个元素被添加时，任何空ArrayList中的elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA将会被
     * 扩充到DEFAULT_CAPACITY =10（默认容量）。
     */
    transient Object[] elementData; //非private是为了方便嵌套类的访问

    // ArrayList的大小（指其所含的元素个数）
    private int size;
}

// 构造一个默认初始容量为10的空列表
public ArrayList() {
　　this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;  //DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}
}

public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
    }

private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        return minCapacity;
    }

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;

        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }

private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

ArrayList构造一个默认初始容量为10的空列表：

1. 初始情况：elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}； size = 0;

2. 当向数组中添加第一个元素时，通过add(E e)方法中调用的ensureCapacityInternal(size + 1)方法，即ensureCapacityInternal(1)；

3. 在ensureCapacityInternal(int minCapacity)方法中，可得的minCapacity=DEFAULT_CAPACITY=10，然后再调用ensureExplicitCapacity(minCapacity)方法，即ensureExplicitCapacity(10)；

4. 在ensureExplicitCapacity(minCapacity)方法中调用grow(minCapacity)方法，即grow(10)，此处为真正具体的数组扩容的算法，在此方法中，通过elementData = Arrays.copyOf(elementData, 10)具体实现了elementData数组初始容量为10的构造。

二、扩容

从add()与addAll()方法中可以看出，每当向数组中添加元素时，都要去检查添加元素后的个数是否会超出当前数组的长度，如果超出，数组将会进行扩容，以满足添加数据的需求。
在jdk1.8中，向用户提供了一个public的方法ensureCapacity(int minCapacity)使用户可以手动的设置ArrayList实例的容量，以减少递增式扩容的次数。

如果不是自己调用ensureCapacity的话，那么默认每次扩容的大小为原来的1.5倍

private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);//扩容为原来的1.5倍
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

三、Fail-Fast机制

fail-fast 机制java集合(Collection)中的一种错误机制。当多个线程对同一个集合的内容进行操作时，就可能会产生fail-fast事件。例如：当某一个线程A通过iterator去遍历某集合的过程中，若该集合的内容被其他线程所改变了；那么线程A访问集合时，就会抛出ConcurrentModificationException异常，产生fail-fast事件。

ArrayList也采用了快速失败的机制，通过记录modCount参数来实现。
在foreach循环中调用ArryayList新增删除扩容时，比如add、remove、ensureCapacity等方法时，迭代器会抛出ConcurrentModificationException异常，直接禁止并发修改。
ConcurrentModificationException异常原因和解决方法