在jdk1.8版本中源码如下:
//首先看到主要继承了抽象泛型类AbstractList ，看类图可知最顶层是实现Iterable，这是使用了
// 迭代子设计模式用于迭代集合中的元素。
public class ArrayList extends AbstractList
implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
//初始化容量为10
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
//用于空实例的共享空数组实例
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
//也是空数组，这种是通过new ArrayList()创建时用的是这个空数组，与EMPTY_ELEMENTDATA的区别是在添加
//第一个元素时使用这个空数组的会初始化为DEFAULT_CAPACITY（10）个元素。
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
//真正存放元素的地方，使用transient是为了不序列化这个字段。
//至于没有使用private修饰，后面注释是写的“为了简化嵌套类的访问”
private transient Object[] elementData;
// ArrayList中实际数据的数量
private int size
接着来看看构造函数
//默认初始化构造函数，如果不设置大小，会默认为空对象数组
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
//有设置存放最大数量时
public ArrayList(int initialCapacity) {
//判断设置的参数是否合法，同时设置初始化保存ArrayList中数据的数组
if (initialCapacity > 0) {
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}
//还有第三种，可以把集合的子类转化为ArrayList，
//按照集合的* iterator返回的顺序构造一个包含指定*集合元素的列表。
public ArrayList(Collection c) {
elementData = c.toArray();
if ((size = elementData.length) != 0) {
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
// replace with empty array.
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}
接着看一下基础的操作相关的源码:
1.增加
public boolean add(E e) {
//判断是否能进行新增，看代码&2
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
//代码&2
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
// 如果是空数组DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA，就初始化为默认大小10
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
//根据传入的值对数组进行扩容，在数量已知的情况下
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
//private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
//每次新增，删除，这个值都会加一，用来判断
modCount++;
if (minCapacity - elementData.length > 0)
//进行扩容
grow(minCapacity);
}
private void grow(int minCapacity) {
int oldCapacity = elementData.length;
// 新容量为旧容量的1.5倍
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
// 如果新容量发现比需要的容量还小，则以需要的容量为准
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
// 如果新容量已经超过最大容量了，则使用最大容量
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// 以新容量拷贝出来一个新数组
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
（1）检查是否需要扩容；
（2）如果elementData等于DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA则初始化容量大小为DEFAULT_CAPACITY；
（3）新容量是老容量的1.5倍（oldCapacity + (oldCapacity >> 1)），如果加了这么多容量发现比需要的容量还小，则以需要的容量为准；
（4）创建新容量的数组并把老数组拷贝到新数组；
add(int index, E element)方法.
添加元素到指定位置，平均时间复杂度为O(n)。
public void add(int index, E element) {
// 检查是否越界
rangeCheckForAdd(index);
// 检查是否需要扩容
ensureCapacityInternal(size + 1);
// 将inex及其之后的元素往后挪一位，则index位置处就空出来了
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
// 将元素插入到index的位置
elementData[index] = element;
// 大小增1
size++;
}
查询
get(int index)方法
获取指定索引位置的元素，时间复杂度为O(1)
public E get(int index) {
// 检查是否越界
rangeCheck(index);
// 返回数组index位置的元素
return elementData(index);
}
E elementData(int index) {
return (E) elementData[index];
}
删除
remove(int index)方法
public E remove(int index) {
// 检查是否越界
rangeCheck(index);
modCount++;
// 获取index位置的元素
E oldValue = elementData(index);
// 如果index不是最后一位，则将index之后的元素往前挪一位，同时删除最后一个元素
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
// 将最后一个元素GC
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
// 返回旧值
return oldValue;
}
可以看到，ArrayList删除元素的时候并没有缩容。
remove(Object o)方法
删除指定元素值的元素，时间复杂度为O(n)。
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
// 遍历整个数组，找到元素第一次出现的位置，并将其快速删除
for (int index = 0; index < size; index++)
// 如果要删除的元素为null，则以null进行比较，使用==
if (elementData[index] == null) {
fastRemove(index);
return true;
}
} else {
// 遍历整个数组，找到元素第一次出现的位置，并将其快速删除
for (int index = 0; index < size; index++)
// 如果要删除的元素不为null，则进行比较，使用equals()方法
if (o.equals(elementData[index])) {
fastRemove(index);
return true;
}
}
return false;
}
private void fastRemove(int index) {
// 少了一个越界的检查
modCount++;
// 如果index不是最后一位，则将index之后的元素往前挪一位
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
// 将最后一个元素删除，帮助GC
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
}
（1）找到第一个等于指定元素值的元素；
（2）快速删除；
fastRemove(int index)相对于remove(int index)少了检查索引越界的操作
retainAll(Collection c)方法 求两个集合中的交集
public boolean retainAll(Collection c) {
// 集合c不能为null
Objects.requireNonNull(c);
// 调用批量删除方法，这时complement传入true，表示删除不包含在c中的元素
return batchRemove(c, true);
}
/**
* 批量删除元素
* complement为true表示删除c中不包含的元素
* complement为false表示删除c中包含的元素
*/
private boolean batchRemove(Collection c, boolean complement) {
final Object[] elementData = this.elementData;
// 使用读写两个指针同时遍历数组
// 读指针每次自增1，写指针放入元素的时候才加1
// 这样不需要额外的空间，只需要在原有的数组上操作就可以了
int r = 0, w = 0;
boolean modified = false;
try {
// 遍历整个数组，如果c中包含该元素，则把该元素放到写指针的位置（以complement为准）
for (; r < size; r++)
if (c.contains(elementData[r]) == complement)
elementData[w++] = elementData[r];
} finally {
// 正常来说r最后是等于size的，除非c.contains()抛出了异常
if (r != size) {
// 如果c.contains()抛出了异常，则把未读的元素都拷贝到写指针之后
System.arraycopy(elementData, r,
elementData, w,
size - r);
w += size - r;
}
if (w != size) {
// 将写指针之后的元素置为空，帮助GC
for (int i = w; i < size; i++)
elementData[i] = null;
modCount += size - w;
// 新大小等于写指针的位置（因为每写一次写指针就加1，所以新大小正好等于写指针的位置）
size = w;
modified = true;
}
}
// 有修改返回true
return modified;
}
然后回到最开始的部分:
transient Object[] elementData;
可以看到真正存放数据的数组加了transient ，说明这是不能序列化和反序列化的，事实真是如此吗？
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
throws java.io.IOException{
// 防止序列化期间有修改
int expectedModCount = modCount;
// 写出非transient非static属性（会写出size属性）
s.defaultWriteObject();
// 写出元素个数
s.writeInt(size);
// 依次写出元素
for (int i=0; i 0) {
// 计算容量
int capacity = calculateCapacity(elementData, size);
SharedSecrets.getJavaOISAccess().checkArray(s, Object[].class, capacity);
// 检查是否需要扩容
ensureCapacityInternal(size);
Object[] a = elementData;
// 依次读取元素到数组中
for (int i=0; i 查看writeObject()方法可知，先调用s.defaultWriteObject()方法，再把size写入到流中，再把元素一个一个的写入到流中。
一般地，只要实现了Serializable接口即可自动序列化，writeObject()和readObject()是为了自己控制序列化的方式，这两个方法必须声明为private，在java.io.ObjectStreamClass#getPrivateMethod()方法中通过反射获取到writeObject()这个方法。
在ArrayList的writeObject()方法中先调用了s.defaultWriteObject()方法，这个方法是写入非static非transient的属性，在ArrayList中也就是size属性。同样地，在readObject()方法中先调用了s.defaultReadObject()方法解析出了size属性。
elementData定义为transient的优势，自己根据size序列化真实的元素，而不是根据数组的长度序列化元素，减少了空间占用。
总结
（1）ArrayList内部使用数组存储元素，当数组长度不够时进行扩容，每次加一半的空间，ArrayList不会进行缩容；
（2）ArrayList支持随机访问，通过索引访问元素极快，时间复杂度为O(1)；
（3）ArrayList添加元素到尾部极快，平均时间复杂度为O(1)；
（4）ArrayList添加元素到中间比较慢，因为要搬移元素，平均时间复杂度为O(n)；
（5）ArrayList从尾部删除元素极快，时间复杂度为O(1)；
（6）ArrayList从中间删除元素比较慢，因为要搬移元素，平均时间复杂度为O(n)；
（7）ArrayList支持求并集，调用addAll(Collection c)方法即可；
（8）ArrayList支持求交集，调用retainAll(Collection c)方法即可；
（7）ArrayList支持求单向差集，调用removeAll(Collection c)方法即可；
部分内容取材自:
死磕 java集合之ArrayList源码分析
https://www.jianshu.com/p/38841ad0b5ef
JDK1.8 API部分
http://blog.fondme.cn:8000/apidoc/jdk-1.8-google/
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