概述

Collection是最基本的集合介面，一個Collection代表一組Object的集合，這些Object被稱作Collection的元素。Collection是一個介面，用以提供規範定義，不能被例項化使用。

 1.Set（無序、不可重複）

 Set集合類似於一個罐子，"丟進"Set集合裡的多個物件之間沒有明顯的順序。Set繼承自Collection介面，不能包含有重複元素(記住，這是整個Set類層次的共有屬性)。       Set判斷兩個物件相同不是使用"=="運算子，而是根據equals方法。也就是說，我們在加入一個新元素的時候，如果這個新元素物件和Set中已有物件進行注意equals比較都返回false，則Set就會接受這個新元素物件，否則拒絕。        因為Set的這個制約，在使用Set集合的時候，應該注意兩點：1) 為Set集合裡的元素的實現類實現一個有效的equals(Object)方法、2) 對Set的構造函 數，傳入的Collection引數不能包含重複的元素

1.1 HashSet

        HashSet是Set介面的典型實現，HashSet使用HASH演算法來儲存集合中的元素，因此具有良好的存取和查詢效能。當向HashSet集合中存入一個元素時，HashSet會呼叫該物件的hashCode()方法來得到該物件的hashCode值，然後根據該HashCode值決定該物件在HashSet中的儲存位置。         值得主要的是，HashSet集合判斷兩個元素相等的標準是兩個物件通過equals()方法比較相等，並且兩個物件的hashCode()方法的返回值相等

1.2 SortedSet    

      此介面主要用於排序操作，即實現此介面的子類都屬於排序的子類

1.3 EnumSet

      EnumSet是一個專門為列舉類設計的集合類，EnumSet中所有元素都必須是指定列舉型別的列舉值，該列舉型別在建立EnumSet時顯式、或隱式地指定。EnumSet的集合元素也是有序的，它們以列舉值在Enum類內的定義順序來決定集合元素的順序

2.List

2.1 LinkedList

• 概括的說，LinkedList 是執行緒不安全的，允許元素為null的雙向連結串列。 
• 因其底層資料結構是連結串列，所以可想而知，它的增刪只需要移動指標即可，故時間效率較高。不需要批量擴容，也不需要預留空間，所以空間效率比ArrayList高。
• 缺點就是需要隨機訪問元素時，時間效率很低，雖然底層在根據下標查詢Node的時候，會根據index判斷目標Node在前半段還是後半段，然後決定是順序還是逆序查詢，以提升時間效率。不過隨著n的增大，總體時間效率依然很低。

構造方法

//集合元素數量
transient int size = 0;
//連結串列頭節點
transient Node<E> first;
//連結串列尾節點
transient Node<E> last;
//啥都不幹
public LinkedList() {
}
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
     this();
     addAll(c);
}

對比JDK1.6構造方法

private transient Entry<E> header = new Entry<E>(null, null, null);

private transient int size = 0;

public LinkedList() {
     header.next = header.previous = header;
}
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
    this();
    addAll(c);
}

可以看出在1.7之前LinkedList是雙向迴圈連結串列，在這之後，因為不再使用header節點，所以預設構造方法什麼也不做，first和last會被預設初始化為null。

節點Node結構

    private static class Node<E> {
        E item;//元素值
        Node<E> next;//後置節點
        Node<E> prev;//前置節點

        Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
    }

增

1 addAll

//addAll ,在尾部批量增加
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
    return addAll(size, c);//以size為插入下標，插入集合c中所有元素
}
//以index為插入下標，插入集合c中所有元素
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
    checkPositionIndex(index);//檢查越界 [0,size] 閉區間

    Object[] a = c.toArray();//拿到目標集合陣列
    int numNew = a.length;//新增元素的數量
    if (numNew == 0)//如果新增元素數量為0，則不增加，並返回false
        return false;

    Node<E> pred, succ;  //index節點的前置節點，後置節點
    if (index == size) { //在連結串列尾部追加資料
        succ = null;  //size節點（隊尾）的後置節點一定是null
        pred = last;//前置節點是隊尾
    } else {
        succ = node(index);//取出index節點，作為後置節點
        pred = succ.prev; //前置節點是，index節點的前一個節點
    }
   
    for (Object o : a) {//遍歷要新增的節點。
        @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
        Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);//以前置節點 和 元素值e，構建new一個新節點，
        if (pred == null) //如果前置節點是空，說明是頭結點
            first = newNode;
        else//否則 前置節點的後置節點設定為新節點
            pred.next = newNode;
        pred = newNode;//步進，當前的節點為前置節點了，為下次新增節點做準備
    }

    if (succ == null) {//迴圈結束後，判斷，如果後置節點是null。 說明此時是在隊尾append的。
        last = pred; //則設定尾節點
    } else {
        pred.next = succ; // 否則是在隊中插入的節點 ，更新前置節點 後置節點
        succ.prev = pred; //更新後置節點的前置節點
    }

    size += numNew;  // 修改數量size
    modCount++;  //修改modCount
    return true;
}
//根據index 查詢出Node，
Node<E> node(int index) {
    // assert isElementIndex(index);
//通過下標獲取某個node 的時候，（增、查 ），會根據index處於前半段還是後半段 進行一個折半，以提升查詢效率
    if (index < (size >> 1)) {
        Node<E> x = first;
        for (int i = 0; i < index; i++)
            x = x.next;
        return x;
    } else {
        Node<E> x = last;
        for (int i = size - 1; i > index; i--)
            x = x.prev;
        return x;
    }
}

private void checkPositionIndex(int index) {
    if (!isPositionIndex(index))
        throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
private boolean isPositionIndex(int index) {
    return index >= 0 && index <= size;  //插入時的檢查，下標可以是size [0,size]
}

private boolean isElementIndex(int index) {
    return index >= 0 && index < size;
}

private boolean isPositionIndex(int index) {
    return index >= 0 && index <= size;
}

  jdk提供的兩個對於邊界檢查的方法， 通過程式碼發現，一個是[0, size), 一個是[0,size], 範圍是不一樣的，因為索引為size的位置是一個可插入位，但不是現有的Element位。

小結：

• 為什麼新增新節點只是讓前一個節點的next指向新節點？
• 連結串列批量增加，是靠for迴圈遍歷原陣列，依次執行插入節點操作。
• 通過下標獲取某個node 的時候，並不是只能從頭到尾查詢，因為同時儲存了頭節點和尾節點，會根據index處於前半段還是後半段進行一個折半查詢，以提升查詢效率

2 插入單個節點add

//在尾部插入一個節點： add
public boolean add(E e) {
    linkLast(e);
    return true;
}

    //在指定下標，index處，插入一個節點
    public void add(int index, E element) {
        checkPositionIndex(index);//檢查下標是否越界[0,size]
        if (index == size)//在尾節點後插入
            linkLast(element);
        else//在中間插入
            linkBefore(element, node(index));
    }

//生成新節點 並插入到 連結串列尾部， 更新 last/first 節點。
void linkLast(E e) { 
    final Node<E> l = last; //記錄原尾部節點
    final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);//以原尾部節點為新節點的前置節點
    last = newNode;//更新尾部節點
    if (l == null)//若原連結串列為空連結串列，需要額外更新頭結點
        first = newNode;
    else//否則更新原尾節點的後置節點為現在的尾節點（新節點）
        l.next = newNode;
    size++;//修改size
    modCount++;//修改modCount
}

   
    //在succ節點前，插入一個新節點e
    void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
        // assert succ != null;
        //儲存後置節點的前置節點
        final Node<E> pred = succ.prev;
        //以前置和後置節點和元素值e 構建一個新節點
        final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
        //新節點new是原節點succ的前置節點
        succ.prev = newNode;
        if (pred == null)//如果之前的前置節點是空，說明succ是原頭結點。所以新節點是現在的頭結點
            first = newNode;
        else//否則構建前置節點的後置節點為new
            pred.next = newNode;
        size++;//修改數量
        modCount++;//修改modCount
    }

    private void linkFirst(E e) {
        final Node<E> f = first;
        final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
        first = newNode;
        if (f == null)
            last = newNode;
        else
            f.prev = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

刪 remove

    //刪：remove目標節點
    public E remove(int index) {
        checkElementIndex(index);//檢查是否越界 下標[0,size)
        return unlink(node(index));//從連結串列上刪除某節點
    }

    //刪： remove元素值
    public boolean remove(Object o) {
        if (o == null) {
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (x.item == null) {
                    unlink(x);
                    return true;
                }
            }
        } else {
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (o.equals(x.item)) {
                    unlink(x);
                    return true;
                }
            }
        }
        return false;
    }


    //從連結串列上刪除x節點
    E unlink(Node<E> x) {
    // assert x != null;
    final E element = x.item; //當前節點的元素值
    final Node<E> next = x.next; //當前節點的後置節點
    final Node<E> prev = x.prev;//當前節點的前置節點

    if (prev == null) { //如果前置節點為空(說明當前節點原本是頭結點)
        first = next;  //則頭結點等於後置節點 
    } else { 
        prev.next = next;
        x.prev = null; //將當前節點的 前置節點置空
    }

    if (next == null) {//如果後置節點為空（說明當前節點原本是尾節點）
        last = prev; //則 尾節點為前置節點
    } else {
        next.prev = prev;
        x.next = null;//將當前節點的 後置節點置空
    }

    x.item = null; //將當前元素值置空
    size--; //修改數量
    modCount++;  //修改modCount
    return element; //返回取出的元素值
}
    private void checkElementIndex(int index) {
        if (!isElementIndex(index))
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }
    //下標[0,size)
    private boolean isElementIndex(int index) {
        return index >= 0 && index < size;
    }

    public E removeFirst() {
        final Node<E> f = first;
        if (f == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return unlinkFirst(f);
    }

    private E unlinkFirst(Node<E> f) {
        // assert f == first && f != null;
        final E element = f.item;
        final Node<E> next = f.next;
        f.item = null;
        f.next = null; // help GC
        first = next;
        if (next == null)
            last = null;
        else
            next.prev = null;
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }

    public E removeLast() {
        final Node<E> l = last;
        if (l == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return unlinkLast(l);
    }

    private E unlinkLast(Node<E> l) {
        // assert l == last && l != null;
        final E element = l.item;
        final Node<E> prev = l.prev;
        l.item = null;
        l.prev = null; // help GC
        last = prev;
        if (prev == null)
            first = null;
        else
            prev.next = null;
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }

改set

public E set(int index, E element) {
    checkElementIndex(index); //檢查越界[0,size)
    Node<E> x = node(index);//取出對應的Node
    E oldVal = x.item;//儲存舊值 供返回
    x.item = element;//用新值覆蓋舊值
    return oldVal;//返回舊值
}

改也是先根據index找到Node，然後替換值，改不修改modCount

查get

//根據index查詢節點

public E get(int index) {
    checkElementIndex(index);//判斷是否越界 [0,size)
    return node(index).item; //呼叫node()方法 取出 Node節點，
}

//根據節點物件，查詢下標

    public int indexOf(Object o) {
        int index = 0;
        if (o == null) {//如果目標物件是null
        //遍歷連結串列
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (x.item == null)
                    return index;
                index++;
            }
        } else {////遍歷連結串列
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (o.equals(x.item))
                    return index;
                index++;
            }
        }
        return -1;
    }

從尾至頭遍歷連結串列，找到目標元素值為o的節點

    public int lastIndexOf(Object o) {
        int index = size;
        if (o == null) {
            for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
                index--;
                if (x.item == null)
                    return index;
            }
        } else {
            for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
                index--;
                if (o.equals(x.item))
                    return index;
            }
        }
        return -1;
    }

toArray()

    public Object[] toArray() {
        //new 一個新陣列 然後遍歷連結串列，將每個元素存在數組裡，返回
        Object[] result = new Object[size];
        int i = 0;
        for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)
            result[i++] = x.item;
        return result;
    }

佇列操作

   //返回頭結點，但不刪除
   public E peek() {
       final Node<E> f = first;
       return (f == null) ? null : f.item;
   }

   //返回頭結點，但不刪除
   public E element() {
       return getFirst();
   }

   //返回頭結點並移除
   public E poll() {
       final Node<E> f = first;
       return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
   }

   //刪除頭結點並返回
   public E remove() {
       return removeFirst();
   }

   //新增指定元素在集合末尾
   public boolean offer(E e) {
       return add(e);
   }

雙端佇列操作

   //在集合頭部插入元素
   public boolean offerFirst(E e) {
       addFirst(e);
       return true;
   }

   //在集合尾部插入元素
   public boolean offerLast(E e) {
       addLast(e);
       return true;
   }

   //得到集合第一個元素
   public E peekFirst() {
       final Node<E> f = first;
       return (f == null) ? null : f.item;
   }

   //得到集合最後一個元素但不刪除
   public E peekLast() {
       final Node<E> l = last;
       return (l == null) ? null : l.item;
   }

   //得到並移除第一個元素
   public E pollFirst() {
       final Node<E> f = first;
       return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
   }

   //得到並移除最後一個元素
   public E pollLast() {
       final Node<E> l = last;
       return (l == null) ? null : unlinkLast(l);
   }

   //在集合頭部插入元素
   public void push(E e) {
       addFirst(e);
   }

   //得到並刪除第一個元素 ，如果為空丟擲異常
   public E pop() {
       return removeFirst();
   }

迭代器操作

LinkedList的iterator()方法內部呼叫了其listIterator()方法，所以可以只分析listIterator()方法。listIterator()提供了兩個過載方法。iterator()方法和listIterator()方法的關係如下：

public Iterator<E> iterator() {
        return listIterator();
    }

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

 public ListIterator<E> listIterator(int index) {
        checkPositionIndex(index);
        return new ListItr(index);
    }

從上面可以看到三者的關係是iterator()——>listIterator(0)——>listIterator(int index)。最終都會呼叫listIterator(int index)方法，其中引數表示迭代器開始的位置。ListIterator是一個可以指定任意位置開始迭代，並且有兩個遍歷方法。下面直接看ListItr的實現：  

     private class ListItr implements ListIterator<E> {
        private Node<E> lastReturned;
        private Node<E> next;
        private int nextIndex;
        private int expectedModCount = modCount;//儲存當前modCount，確保fail-fast機制

        ListItr(int index) {
            // assert isPositionIndex(index);
            next = (index == size) ? null : node(index);//得到當前索引指向的next節點
            nextIndex = index;
        }

        public boolean hasNext() {
            return nextIndex < size;
        }

        //獲取下一個節點
        public E next() {
            checkForComodification();
            if (!hasNext())
                throw new NoSuchElementException();

            lastReturned = next;
            next = next.next;
            nextIndex++;
            return lastReturned.item;
        }

        public boolean hasPrevious() {
            return nextIndex > 0;
        }

        //獲取前一個節點，將next節點向前移
        public E previous() {
            checkForComodification();
            if (!hasPrevious())
                throw new NoSuchElementException();

            lastReturned = next = (next == null) ? last : next.prev;
            nextIndex--;
            return lastReturned.item;
        }

        public int nextIndex() {
            return nextIndex;
        }

        public int previousIndex() {
            return nextIndex - 1;
        }

        public void remove() {
            checkForComodification();
            if (lastReturned == null)
                throw new IllegalStateException();

            Node<E> lastNext = lastReturned.next;
            unlink(lastReturned);
            if (next == lastReturned)
                next = lastNext;
            else
                nextIndex--;
            lastReturned = null;
            expectedModCount++;
        }

        public void set(E e) {
            if (lastReturned == null)
                throw new IllegalStateException();
            checkForComodification();
            lastReturned.item = e;
        }

        public void add(E e) {
            checkForComodification();
            lastReturned = null;
            if (next == null)
                linkLast(e);
            else
                linkBefore(e, next);
            nextIndex++;
            expectedModCount++;
        }

        public void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) {
            Objects.requireNonNull(action);
            while (modCount == expectedModCount && nextIndex < size) {
                action.accept(next.item);
                lastReturned = next;
                next = next.next;
                nextIndex++;
            }
            checkForComodification();
        }

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

在ListIterator的構造器中，得到了當前位置的節點，就是變數next。next()方法返回當前節點的值並將next指向其後繼節點，previous()方法返回當前節點的前一個節點的值並將next節點指向其前驅節點。由於Node是一個雙端節點，所以這兒用了一個節點就可以實現從前向後迭代和從後向前迭代。另外在ListIterator初始時，exceptedModCount儲存了當前的modCount，如果在迭代期間，有操作改變了連結串列的底層結構，那麼再操作迭代器的方法時將會丟擲ConcurrentModificationException。

其他

    public boolean contains(Object o) {
        return indexOf(o) != -1;
    }

   //返回一個淺拷貝LinkedList物件
   public Object clone() {
       LinkedList<E> clone = superClone();

       // Put clone into "virgin" state
       clone.first = clone.last = null;
       clone.size = 0;
       clone.modCount = 0;

       // Initialize clone with our elements
       for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next)
           clone.add(x.item);

       return clone;
   }

    public void clear() {
        for (Node<E> x = first; x != null; ) {
            Node<E> next = x.next;
            x.item = null;
            x.next = null;
            x.prev = null;
            x = next;
        }
        first = last = null;
        size = 0;
        modCount++;
    }

LinkedList不是執行緒安全的，如果想使LinkedList變成執行緒安全的，可以使用如下方式：

List list=Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));

2.2 ArrayList

• ArrayList 是一個動態陣列，它是執行緒不安全的，允許元素為null。
• 其底層資料結構依然是陣列，它實現了List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable介面，其中RandomAccess代表了其擁有隨機快速訪問的能力，ArrayList可以以O(1)的時間複雜度去根據下標訪問元素。
• 因其底層資料結構是陣列，所以可想而知，它是佔據一塊連續的記憶體空間（容量就是陣列的length），所以它也有陣列的缺點，空間效率不高。
• 由於陣列的記憶體連續，可以根據下標以O1的時間讀寫(改查)元素，因此時間效率很高。
• 當集合中的元素超出這個容量，便會進行擴容操作。擴容操作也是ArrayList 的一個性能消耗比較大的地方，所以若我們可以提前預知資料的規模，應該通過public ArrayList(int initialCapacity) {}構造方法，指定集合的大小，去構建ArrayList例項，以減少擴容次數，提高效率。
• 或者在需要擴容的時候，手動呼叫public void ensureCapacity(int minCapacity) {}方法擴容。
• 不過該方法是ArrayList的API，不是List接口裡的，所以使用時需要強轉:((ArrayList)list).ensureCapacity(30);
• 當每次修改結構時，增加導致擴容，或者刪，都會修改modCount。構造方法

構造方法

//預設建構函式裡的空陣列
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    //儲存集合元素的底層實現：真正存放元素的陣列
    transient Object[] elementData; 
    //當前元素數量
    private int size;

    //預設構造方法
    public ArrayList() {
        //預設構造方法只是簡單的將 空陣列賦值給了elementData
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

    //空陣列
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    //帶初始容量的構造方法
    public ArrayList(int initialCapacity) {
        //如果初始容量大於0，則新建一個長度為initialCapacity的Object陣列.
        //注意這裡並沒有修改size(對比第三個建構函式)
        if (initialCapacity > 0) {
            this.elementData = new Object[initialCapacity];
        } else if (initialCapacity == 0) {//如果容量為0，直接將EMPTY_ELEMENTDATA賦值給elementData
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        } else {//容量小於0，直接丟擲異常
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        }
    }

    //利用別的集合類來構建ArrayList的建構函式
    public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
        //直接利用Collection.toArray()方法得到一個物件陣列，並賦值給elementData 
        elementData = c.toArray();
        //因為size代表的是集合元素數量，所以通過別的集合來構造ArrayList時，要給size賦值
        if ((size = elementData.length) != 0) {
            // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
            if (elementData.getClass() != Object[].class)//這裡是當c.toArray出錯，沒有返回Object[]時，利用Arrays.copyOf 來複制集合c中的元素到elementData陣列中
                elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
        } else {
            //如果集合c元素數量為0，則將空陣列EMPTY_ELEMENTDATA賦值給elementData 
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        }
    }

   public Object[] toArray() {
        return Arrays.copyOf(elementData, size);
    }

常用API

1 增加

每次 add之前，都會判斷add後的容量，是否需要擴容。

public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);
    elementData[size++] = e;//在陣列末尾追加一個元素，並修改size
    return true;
}
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;//預設擴容容量 10
    
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
	//利用 == 可以判斷陣列是否是用預設建構函式初始化的
	if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
		minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
	}
	ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}


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

    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        grow(minCapacity);
}

//需要擴容的話，預設擴容一半
private void grow(int minCapacity) {

    int oldCapacity = elementData.length;
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);//預設擴容一半
    if (newCapacity - minCapacity < 0)//如果還不夠，那麼就用 能容納的最小的數量。（add後的容量）
        newCapacity = minCapacity;
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) //若newCapacity 大於最大儲存容量，則進行大容量分配
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);

    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);//拷貝，擴容，構建一個新陣列，
}

//大容量分配，最大分配 Integer.MAX_VALUE
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) 
            throw new OutOfMemoryError();
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
}

public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
    Object[] a = c.toArray();
    int numNew = a.length;
    ensureCapacityInternal(size + numNew); //確認是否需要擴容
    System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);// 複製陣列完成複製
    size += numNew;
    return numNew != 0;
}

public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
    rangeCheckForAdd(index);//越界判斷

    Object[] a = c.toArray();
    int numNew = a.length;
    ensureCapacityInternal(size + numNew);//確認是否需要擴容

    int numMoved = size - index;
    if (numMoved > 0)
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,
                         numMoved);//移動（複製)陣列

    System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);//複製陣列完成批量賦值
    size += numNew;
    return numNew != 0;
}

add、addAll 先判斷是否越界，是否需要擴容。 如果擴容， 就複製陣列。 然後設定對應下標元素值。

值得注意的是： 1 如果需要擴容的話，預設擴容一半。如果擴容一半不夠，就用目標的size作為擴容後的容量。 2 在擴容成功後，會修改modCount。

2 刪除

public E remove(int index) {
    rangeCheck(index);//判斷是否越界
    modCount++;//修改modeCount 因為結構改變了
    E oldValue = elementData(index);//讀出要刪除的值
    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                         numMoved);//用複製 覆蓋陣列資料
    elementData[--size] = null;//置空原尾部資料 不再強引用
    return oldValue;
}
    //根據下標從陣列取值 並強轉
    E elementData(int index) {
        return (E) elementData[index];
    }

//刪除該元素在陣列中第一次出現的位置上的資料。 如果有該元素返回true，如果false。
public boolean remove(Object o) {
    if (o == null) {
        for (int index = 0; index < size; index++)
            if (elementData[index] == null) {
                fastRemove(index);//根據index刪除元素
                return true;
            }
    } else {
        for (int index = 0; index < size; index++)
            if (o.equals(elementData[index])) {
                fastRemove(index);
                return true;
            }
    }
    return false;
}
//不會越界 不用判斷 ，也不需要取出該元素。
private void fastRemove(int index) {
    modCount++;//修改modCount
    int numMoved = size - index - 1;//計算要移動的元素數量
    if (numMoved > 0)
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                         numMoved);//以複製覆蓋元素 完成刪除
    elementData[--size] = null;//置空 不再強引用
}

//批量刪除
public boolean removeAll(Collection<?> c) {
    Objects.requireNonNull(c);//判空
    return batchRemove(c, false);
}
//批量移動
private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement) {
    final Object[] elementData = this.elementData;
    int r = 0, w = 0;//w 代表批量刪除後 陣列還剩多少元素
    boolean modified = false;
    try {
      
        for (; r < size; r++)
            if (c.contains(elementData[r]) == complement) // 如果c裡不包含當前下標元素， 
                elementData[w++] = elementData[r];//則保留
    } finally {
    
        if (r != size) { //出現異常會導致 r !=size , 則將出現異常處後面的資料全部複製覆蓋到數組裡。
            System.arraycopy(elementData, r,
                             elementData, w,
                             size - r);
            w += size - r;//修改 w數量
        }
        if (w != size) {//置空陣列後面的元素
           
            for (int i = w; i < size; i++)
                elementData[i] = null;
            modCount += size - w;//修改modCount
            size = w;// 修改size
            modified = true;
        }
    }
    return modified;
}

可以看出，當用來作為刪除元素的集合裡的元素多餘被刪除集合時，也沒事，只會刪除它們共同擁有的元素。

小結： 刪除操作一定會修改modCount，且可能涉及到陣列的複製，相對低效。

3 修改

不會修改modCount，相對增刪是高效的操作。

public E set(int index, E element) {
    rangeCheck(index);//越界檢查
    E oldValue = elementData(index); //取出元素 
    elementData[index] = element;//覆蓋元素
    return oldValue;//返回元素
}

4 查詢

不會修改modCount，相對增刪是高效的操作。

public E get(int index) {
    rangeCheck(index);//越界檢查
    return elementData(index); //下標取資料
}
E elementData(int index) {
    return (E) elementData[index];
}

5 清空 clear

會修改modCount。

public void clear() {
    modCount++;//修改modCount
    for (int i = 0; i < size; i++)  //將所有元素置null
        elementData[i] = null;

    size = 0; //修改size 
}

6 包含 contain

//普通的for迴圈尋找值，只不過會根據目標物件是否為null分別迴圈查詢。
public boolean contains(Object o) {
    return indexOf(o) >= 0;
}
//普通的for迴圈尋找值，只不過會根據目標物件是否為null分別迴圈查詢。
public int indexOf(Object o) {
    if (o == null) {
        for (int i = 0; i < size; i++)
            if (elementData[i]==null)
                return i;
    } else {
        for (int i = 0; i < size; i++)
            if (o.equals(elementData[i]))
                return i;
    }
    return -1;
}

7 判空 isEmpty()

public boolean isEmpty() {
    return size == 0;
}

8 迭代器 Iterator.

public Iterator<E> iterator() {
    return new Itr();
}
/**
 * An optimized version of AbstractList.Itr
 */
private class Itr implements Iterator<E> {
    int cursor;       // 要返回的下一個元素的索引,預設是0
    int lastRet = -1; //上一次返回的元素 (刪除的標誌位)
    int expectedModCount = modCount; //用於判斷集合是否修改過結構的標誌

    public boolean hasNext() {
        return cursor != size;//遊標是否移動至尾部
    }

    @SuppressWarnings("unchecked")
    public E next() {
        checkForComodification();
        int i = cursor;
        if (i >= size)//判斷是否越界
            throw new NoSuchElementException();
        Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
        if (i >= elementData.length)//再次判斷是否越界，在 我們這裡的操作時，有非同步執行緒修改了List
            throw new ConcurrentModificationException();
        cursor = i + 1;//遊標+1
        return (E) elementData[lastRet = i];//返回元素 ，並設定上一次返回的元素的下標
    }

    public void remove() {//remove 掉 上一次next的元素
        if (lastRet < 0)//先判斷是否next過
            throw new IllegalStateException();
        checkForComodification();//判斷是否修改過

        try {
            ArrayList.this.remove(lastRet);//刪除元素 remove方法內會修改 modCount 所以後面要更新Iterator裡的這個標誌值
            cursor = lastRet; //要刪除的遊標
            lastRet = -1; //不能重複刪除 所以修改刪除的標誌位
            expectedModCount = modCount;//更新 判斷集合是否修改的標誌，
        } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
            throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }
//判斷是否修改過了List的結構，如果有修改，丟擲異常
    final void checkForComodification() {
        if (modCount != expectedModCount)
            throw new ConcurrentModificationException();
    }
}

擴容操作會導致陣列複製，批量刪除會導致找出兩個集合的交集，以及陣列複製操作，因此，增、刪都相對低效。 而 改、查都是很高效的操作。

Vector的內部也是陣列做的，區別在於Vector在API上都加了synchronized所以它是執行緒安全的，以及Vector擴容時，是翻倍size，而ArrayList是擴容50%。