前言

本篇作为吃透Java集合系列第三篇，我们来看一下ArrayList，通过本篇我们要明白如下问题：

1. ArrayList扩容机制
2. ArrayList迭代器实现
3. fail-fast机制
4. ArrayList序列化反序列化机制
5. ArrayList clone实现

ArrayList内部是使用动态数组实现的，换句话说，ArrayList封装了对内部数组的操作，比如向数组中添加、删除、插入新的元素或者数据的扩展和重定向。

• 继承了AbstractList,此类提供 List 接口的骨干实现，以最大限度地减少实现”随机访问”数据存储（如数组）支持的该接口所需的工作.对于连续的访问数据（如链表），应优先使用 AbstractSequentialList，而不是此类。
• 实现了List接口,意味着ArrayList元素是有序的,可以重复的,可以有null元素的集合.
• 实现了RandomAccess接口标识着其支持随机快速访问,实际上,我们查看RandomAccess源码可以看到,其实里面什么都没有定义.因为ArrayList底层是数组,那么随机快速访问是理所当然的,访问速度O(1)。
• 实现了Cloneable接口,标识着可以它可以被复制.注意,ArrayList里面的clone()复制其实是浅复制。
• 实现了Serializable 标识着集合可被序列化。

一：ArrayList扩容机制

初始化：

ArrayList提供了三个构造函数来对elementData数组初始化：

无参构造函数：初始化一个空的数组，添加元素时再对数组elementData扩容。

指定容量的构造函数：直接初始化数组为指定的大小。

带有一个集合参数的构造函数：把指定集合中的数据通过Arrays.copyOf拷贝到elementData中，容量和指定集合容量相同。

扩容：

添加元素时使用 ensureCapacityInternal() 方法来保证容量足够，如果不够时，需要使用 grow() 方法进行扩容，新容量的大小为 oldCapacity + (oldCapacity >> 1)，也就是旧容量的 1.5 倍。

扩容操作需要调用 Arrays.copyOf() 把原数组整个复制到新数组中，这个操作代价很高，因此最好在创建 ArrayList 对象时就指定大概的容量大小，减少扩容操作的次数。

二：ArrayList迭代器实现

如果对Iterable和Iterator接口不是很清楚的，请先移步到第一篇文章：吃透Java集合系列一：Iterable和Iterator 。

ArrayList通过内部类实现Iterator接口来实例化迭代器类，通过Iterator我们可以实现对elementData中的元素迭代遍历。而ArrayList又实现了一种功能更为强大的ListIterator来实现迭代遍历。ListIterator继承于Iterator接口，对Iterator接口做了扩展，支持向前向后遍历、迭代过程中去修改集合等。

三： Fail-Fast机制

modCount 用来记录 ArrayList 结构发生变化的次数。结构发生变化是指添加或者删除至少一个元素的所有操作，或者是调整内部数组的大小，仅仅只是设置元素的值不算结构发生变化。

在进行序列化或者迭代等操作时，需要比较操作前后 modCount 是否改变，如果改变了需要抛出 ConcurrentModificationException。如下例子

运行后会抛出异常：

当我们调用list.remove的方法来删除元素后，此时modCount会+1，导致modCount和迭代器里面的expectedModCount 不相等，当遍历下一个元素调用next方法时，会先调用checkForComodification()方法，当expectedModCount！=modCount时会抛出ConcurrentModificationException，这就是Fail-Fast机制。

那我们要如何避免此问题呢？Iterator已经为我们提供了remove方法，所以我们只需要调用迭代器里面的remove方法就可以了，Iterator中的remove方法移除元素后会把modCount重写赋值给expectedModCount，下一个循环时expectedModCount与modCount相等就避免此问题。如下例子：

四： ArrayList序列化机制

我们看到ArrayList实现了Serializable接口，那么证明可以是被序列化的，但是elementData数组又被transient关键字修饰，我们知道被transient修饰的成员属性变量不被序列化，那么我们先看一个例子，ArrayList是否能被序列化成功呢？

运行输出结果：

[1, 2, 3]

结果是序列化和反序列化成功？？这是为什么呢？

其实细心的我们在查看源码时发现，ArrayList重写了readObject和writeObject来自定义的序列化和反序列化策略。什么是自定义序列化和反序列化呢？

• 在序列化过程中，如果被序列化的类中定义了writeObject 和 readObject 方法，虚拟机会试图调用对象类里的 writeObject 和 readObject 方法，进行用户自定义的序列化和反序列化。
• 如果没有这样的方法，则默认调用是 ObjectOutputStream 的 defaultWriteObject 方法以及 ObjectInputStream 的 defaultReadObject 方法。
• 用户自定义的 writeObject 和 readObject 方法可以允许用户控制序列化的过程，比如可以在序列化的过程中动态改变序列化的数值。

那么我们来看一下ArrayList源码是怎么来自定义序列化和反序列化的：

可以看到通过writeObject方法和readObject方法来遍历elementData数组把数组中的元素写入ObjectOutputStream ，ObjectInputStream 中的。那么为什么ArrayList要用这种方式来实现序列化呢？

ArrayList实际上是动态数组，每次在放满以后自动增长设定的长度值，如果数组自动增长长度设为100，而实际只放了一个元素，那就会序列化99个null元素。为了保证在序列化的时候不会将这么多null同时进行序列化，ArrayList把元素数组设置为transient。

五： ArrayList clone机制

ArrayList的clone实现，其实是通过数组元素拷贝来实现的浅拷贝，很简单，我们看一下源码就行了：