本文基於jdk1.8來分析ArrayList的原始碼

首先是主要的成員變數。

    /**
     * Default initial capacity.
     */
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

    /**
     * Shared empty array instance used for empty instances.
     */
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    /**
     * Shared empty array instance used for default sized empty instances. We
     * distinguish this from EMPTY_ELEMENTDATA to know how much to inflate when
     * first element is added.
     */
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    /**
     * The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored.
     * The capacity of the ArrayList is the length of this array buffer. Any
     * empty ArrayList with elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
     * will be expanded to DEFAULT_CAPACITY when the first element is added.
     */
    transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access

    /**
     * The size of the ArrayList (the number of elements it contains).
     *
     * @serial
     */
    private int size;
 

其中初始大小為10，size表示集合中元素的個數。此外，還有兩個空陣列EMPTY_ELEMENTDATA，和DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA。通過DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA的註釋，我們可以瞭解到，這個變數區別於EMPTY_ELEMENTDATA，主要是為了決定第一個元素插入時，擴容多大的問題。從這裡的描述可以理解到，ArrayList建立好後，其實並沒有真正分配陣列空間，而是在第一個元素插入時，才分配的空間。這一點是區別於jdk1.6的。在jdk1.6中，ArrayList一建立，資料空間就預設分配好了，10個或指定的空間。jdk1.8這麼做，可以做到空間延遲分配，提高程式效能。

接下來看一下建構函式。

/**
     * Constructs an empty list with an initial capacity of ten.
     */
    public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
/**
     * Constructs an empty list with the specified initial capacity.
     *
     * @param  initialCapacity  the initial capacity of the list
     * @throws IllegalArgumentException if the specified initial capacity
     *         is negative
     */
    public ArrayList(int initialCapacity) {
        if (initialCapacity > 0) {
            this.elementData = new Object[initialCapacity];
        } else if (initialCapacity == 0) {
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        } else {
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        }
    }
 

無參建構函式，將建立一個長度為0的空陣列。

有參建構函式，引數大於0時正常建立陣列，引數為0時，也是建立長度為0的陣列。但它和無參建構函式建立的空陣列是可以區別開的，它們使用了不同的物件。

接下來是插入元素add。

/**
     * Appends the specified element to the end of this list.
     *
     * @param e element to be appended to this list
     * @return <tt>true</tt> (as specified by {@link Collection#add})
     */
    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);
    }

通過calculateCapacity函式，我們可以知道，如果是用new ArrayList()建立的list，第一次add元素，計算得minCapacity = 1。如果是new ArrayList(0)建立的list，計算得minCapacity = 10. 然後再根據minCapacity去grow。

get方法比較簡單，這裡不再分析。

ArrayList的一個常見問題是ConcurrentModificationException，同步修改異常，也稱為快速失敗，fast-fail。當我們以foreach方式遍歷ArrayList時，如果在遍歷過程中刪除ArrayList的元素，或者別的執行緒往ArrayList中新增元素，就會丟擲該異常。這裡需要注意，以for(int i = 0; i < list.size(); i++)的方式遍歷ArrayList時，是不會丟擲同步修改異常的，但用這種方式遍歷，需要處理好i的前進速度。

那麼，用foreach方式遍歷ArrayList為什麼會丟擲同步修改異常呢？

foreach程式碼的底層實現，是用iterator對ArrayList進行遍歷，在遍歷過程中，會持續呼叫next獲取下一個元素。next方法中，會首先checkForComodification()，它的作用是檢查modCount和expectedModCount是否相等。不相等時，則丟擲同步修改異常。那麼什麼情況下修改次數和期望修改次數不相等呢？這裡需要首先弄明白，modCount和expectedModCount是什麼東西？modCount是ArrayList從它的父類繼承來的屬性，記錄了集合的修改次數，add，remove時都會給modCount加1. expectedModCount是迭代器的成員變數，它是在建立迭代器時，取的modCount的值，並且，在遍歷過程中不再改變。那麼就清楚了，expectedModCount其實是開始遍歷時modCount的值，如果在遍歷過程中，ArrayList進行了add或remove操作，那麼必然導致expectedModCount和modCount不相等，於是就丟擲了同步修改異常。

        public E next() {
            checkForComodification();
            int i = cursor;
            if (i >= size)
                throw new NoSuchElementException();
            Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
            if (i >= elementData.length)
                throw new ConcurrentModificationException();
            cursor = i + 1;
            return (E) elementData[lastRet = i];
        }

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

那麼，同步修改異常如何避免呢？或者說，我們如何遍歷集合並把其中的某些元素刪除呢？

答案是使用迭代器的remove方法刪除元素。在迭代器的remove方法中，刪除元素後，會重新把modCount賦值給expectedModCount，所以，它不會丟擲同步修改異常。

			public void remove() {
            if (lastRet < 0)
                throw new IllegalStateException();
            checkForComodification();

            try {
                ArrayList.this.remove(lastRet);
                cursor = lastRet;
                lastRet = -1;
                expectedModCount = modCount;
            } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
                throw new ConcurrentModificationException();
            }
        }