的运行速度要快于以下循环：
for (Iterator i=list.iterator(); i.hasNext(); )
i.next(); 所以，我们在遍历List之前，可以用 if( list instanceof RamdomAccess ) 来判断一下，选择用哪种遍历方式。
ArrayList 实现了Cloneable接口，能被克隆。Cloneable 接口里面没有任何方法，只是起一个标记作用，表明当一个类实现了该接口时，该类可以通过调用clone()方法来克隆该类的实例。
ArrayList不是线程安全的，只能用在单线程环境下，多线程环境下可以考虑用 Collections.synchronizedList(List l) 函数返回一个线程安全的ArrayList类，也可以使用 concurrent 并发包下的 CopyOnWriteArrayList 类。
2、ArrayList在JDK中的定义
我们可以从 ArrayList 的源码看到，其包括 两个域 和 三个构造函数 , 源码如下：
public ArrayList(int initialCapacity){ … } ： 给定初始容量的构造函数；
public ArrayList() { … } ： Java Collection Framework 规范-默认无参的构造函数 (初始容量指定为10)；
public ArrayList(Collectionc extends E>) { … } ： Java Collection Framework 规范-参数为指定容器的构造函数
public class ArrayList extends AbstractList
implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{
private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
/**
* The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored.（ArrayList 支撑数组）
* The capacity of the ArrayList is the length of this array buffer.（ArrayList 容量的定义）
*/
private transient Object[] elementData;
// 瞬时域
/**
* The size of the ArrayList (the number of elements it contains).（ArrayList 大小的定义）
*/
private int size; /**
* Constructs an empty list with the specified initial capacity
*/
public ArrayList(int initialCapacity) {
// 给定初始容量的构造函数
super();
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
this.elementData = new Object[initialCapacity];
// 泛型与数组不兼容
} /**
* Constructs an empty list with an initial capacity of ten.
*/
public ArrayList() {
// Java Collection Framework 规范：默认无参的构造函数
this(10);
}
/**
* Constructs a list containing the elements of the specified
* collection, in the order they are returned by the collection's
* iterator.
*/
public ArrayList(Collection c) {
// Java Collection Framework 规范：参数为指定容器的构造函数
elementData = c.toArray();
size = elementData.length;
// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
}
3、ArrayList 基本操作的保证
// 边界检查private void RangeCheck(int index) {
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(
"Index: "+index+", Size: "+size);
}
// 调整数组容量
public void ensureCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
int oldCapacity = elementData.length;
if (minCapacity > oldCapacity) {
Object oldData[] = elementData;
int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;
if (newCapacity < minCapacity)
newCapacity = minCapacity;
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
} 向 ArrayList 中增加元素时，都要去检查添加后元素的个数是否会超出当前数组的长度。如果超出，ArrayList 将会进行扩容，以满足添加数据的需求。数组扩容通过一个 public 方法 ensureCapacity(int minCapacity) 来实现 : 在实际添加大量元素前，我也可以使用 ensureCapacity 来手动增加 ArrayList 实例的容量，以减少递增式再分配的数量。
ArrayList 进行扩容时，会将老数组中的元素重新拷贝一份到新的数组中，每次数组容量的增长为其原容量的 1.5 倍 + 1。这种操作的代价是很高的，因此在实际使用时，我们应该尽量避免数组容量的扩张。当我们可预知要保存的元素的多少时，要在构造ArrayList实例时，就指定其容量，以避免数组扩容的发生。或者根据实际需求，通过调用 ensureCapacity 方法来手动增加ArrayList实例的容量。
在 ensureCapacity 的源代码中有这样一段代码：
Object oldData[] = elementData; //为什么要用到oldData[]
乍一看，后面并没有用到oldData，这句话显得多此一举！但是这牵涉到了一个内存管理的问题. 而且，为什么这一句还在 if 的内部? 这是跟 elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); 这句是有关系的，在下面这句 Arrays.copyOf
的实现时，新创建了 newCapacity 大小的内存，然后把老的 elementData 放入。这样，由于旧的内存的引用是elementData， 而 elementData 指向了新的内存块，如果有一个局部变量 oldData 变量引用旧的内存块的话，在copy的过程中就会比较安全，因为这样证明这块老的内存依然有引用，分配内存的时候就不会被侵占掉。然后，在copy完成后，这个局部变量的生命周期也过去了，此时释放才是安全的。否则的话，在 copy 的时候万一新的内存或其他线程的分配内存侵占了这块老的内存，而 copy 还没有结束，这将是个严重的事情。
调整数组容量（减少容量）：将底层数组的容量调整为当前列表保存的实际元素的大小
在使用 ArrayList 过程中，由于 elementData 的长度会被拓展，所以经常会出现 size 很小但 elementData.length 很大的情况，造成空间的浪费。 ArrayList 通过 trimToSize 方法返回一个新的数组给 elementData ，其中：元素内容保持不变，length 和size 相同。
public void trimToSize() {
modCount++;
int oldCapacity = elementData.length;
if (size < oldCapacity) {
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
}
}
private class Itr implements Iterator {
int cursor;
int lastRet = -1;
int expectedModCount = ArrayList.this.modCount;
public boolean hasNext() {
return (this.cursor != ArrayList.this.size);
}
public E next() {
checkForComodification();
/** 省略此处代码 */
}
public void remove() {
if (this.lastRet < 0)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();
/** 省略此处代码 */
}
final void checkForComodification() {
if (ArrayList.this.modCount == this.expectedModCount)
return;
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
从上面的源代码我们可以看出，迭代器在调用 next() 、 remove() 方法时都是调用 checkForComodification() 方法，该方法用于判断 “modCount == expectedModCount”：若不等，触发 fail-fast 机制，抛出 ConcurrentModificationException 异常。所以，要弄清楚为什么会产生 fail-fast 机制，我们就必须要弄明白 “modCount != expectedModCount” 什么时候发生，换句话说，他们的值在什么时候发生改变的。
expectedModCount 是在 Itr 中定义的：“int expectedModCount = ArrayList.this.modCount;”，所以它的值是不可能会修改的，所以会变的就是 modCount。modCount 是在 AbstractList 中定义的，为全局变量：
protected transient int modCount = 0;
从 ArrayList 源码中我们可以看出，我们直接或间接的通过 RemoveRange 、 trimToSize 和 ensureCapcity（add，remove，clear） 三个方法完成对 ArrayList 结构上的修改,所以 ArrayList 实例每当调用一次上面的方法，modCount 的值就递增一次。所以,我们这里可以判断:由于expectedModCount 的值与 modCount 的改变不同步，导致两者之间不等，从而触发fail-fast机制。我们可以考虑如下场景：
有两个线程（线程A，线程B），其中线程A负责遍历list、线程B修改list。线程A在遍历list过程的某个时候（此时expectedModCount = modCount=N），线程启动，同时线程B增加一个元素，这是modCount的值发生改变（modCount + 1 = N + 1）。线程A继续遍历执行next方法时，通告checkForComodification方法发现expectedModCount = N ，而modCount = N + 1，两者不等，这时触发 fail-fast机制。
3、元素的增、改、删、查
元素的增和改
ArrayList 提供了 set(int index, E element) 用于修改元素，提供 add(E e)、add(int index, E element)、addAll(Collection extends E> c)、addAll(int index, Collection extends E> c) 这些方法用于添加元素。
// 用指定的元素替代此列表中指定位置上的元素，并返回以前位于该位置上的元素
public E set(int index, E element) {
RangeCheck(index);
E oldValue = (E) elementData[index];
elementData[index] = element;
return oldValue;
}
// 将指定的元素添加到此列表的尾部public boolean add(E e) {
ensureCapacity(size + 1);
elementData[size++] = e;
return true;
}
// 将指定的元素插入此列表中的指定位置。
// 如果当前位置有元素，则向右移动当前位于该位置的元素以及所有后续元素（将其索引加1）。
public void add(int index, E element) {
if (index > size || index < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+", Size: "+size);
// 如果数组长度不足，将进行扩容。
ensureCapacity(size+1); // Increments modCount!!
// 将 elementData中从Index位置开始、长度为size-index的元素，
// 拷贝到从下标为index+1位置开始的新的elementData数组中。
// 即将当前位于该位置的元素以及所有后续元素右移一个位置。
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}
// 按照指定collection的迭代器所返回的元素顺序，将该collection中的所有元素添加到此列表的尾部。
public boolean addAll(Collection c) {
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacity(size + numNew); // Increments modCount
System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}
// 从指定的位置开始，将指定collection中的所有元素插入到此列表中。
public boolean addAll(int index, Collection c) {
if (index > size || index < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException(
"Index: " + index + ", Size: " + size);
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacity(size + numNew); // Increments modCount
int numMoved = size - index;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew, numMoved);
System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}
// 返回此列表中指定位置上的元素。
public E get(int index) {
RangeCheck(index);
return (E) elementData[index];
}
romove(int index): 首先是检查范围，修改modCount，保留将要被移除的元素，将移除位置之后的元素向前挪动一个位置，将list末尾元素置空（null），返回被移除的元素。
// 移除此列表中指定位置上的元素
public E remove(int index) {
RangeCheck(index);
modCount++;
E oldValue = (E) elementData[index];
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
elementData[--size] = null; // Let gc do its work
return oldValue;
}
remove(Object o)：
// 移除此列表中 “首次” 出现的指定元素（如果存在）。这是因为 ArrayList 中允许存放重复的元素。
public boolean remove(Object o) {
// 由于ArrayList中允许存放null，因此下面通过两种情况来分别处理。
if (o == null) {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (elementData[index] == null) {
// 类似remove(int index)，移除列表中指定位置上的元素。
fastRemove(index);
return true;
}
} else {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (o.equals(elementData[index])) {
fastRemove(index);
return true;
}
}
return false;
}
} 首先通过代码可以看到，当移除成功后返回true，否则返回false。remove(Object o)中通过遍历element寻找是否存在传入对象，一旦找到就调用 fastRemove 移除对象。
为什么找到了元素就知道了index，不通过remove(index)来移除元素呢？因为fastRemove跳过了判断边界的处理，因为找到元素就相当于确定了index不会超过边界，而且fastRemove并不返回被移除的元素。下面是fastRemove的代码，基本和remove(index)一致。下面是 fastRemove（私有的） 的源码：
private void fastRemove(int index) {
modCount++;
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
elementData[--size] = null; // Let gc do its work
}
4、小结
关于ArrayList的源码，总结如下：
三个不同的构造方法。无参构造方法构造的ArrayList的容量默认为10； 带有Collection参数的构造方法的实现是将Collection转化为数组赋给ArrayList的实现数组elementData。
扩充容量的方法ensureCapacity。ArrayList在每次增加元素（可能是1个，也可能是一组）时，都要调用该方法来确保足够的容量。当容量不足以容纳当前的元素个数时，就设置新的容量为旧的容量的1.5倍加1，如果设置后的新容量还不够，则直接新容量设置为传入的参数（也就是所需的容量）。之后，用 Arrays.copyof() 方法将元素拷贝到新的数组。从中可以看出，当容量不够时，每次增加元素，都要将原来的元素拷贝到一个新的数组中，非常之耗时，也因此建议在事先能确定元素数量的情况下，才使用ArrayList，否则建议使用LinkedList。
ArrayList 的实现中大量地调用了Arrays.copyof() 和 System.arraycopy()方法 。我们有必要对这两个方法的实现做下深入的了解。首先来看Arrays.copyof()方法。它有很多个重载的方法，但实现思路都是一样的，我们来看泛型版本的源码：
public static T[] copyOf(T[] original, int newLength) {
return (T[]) copyOf(original, newLength, original.getClass());
}
很明显调用了另一个 copyof 方法，该方法有三个参数，最后一个参数指明要转换的数据的类型，其源码如下：
/**
* @param original 源数组
* @param newLength 目标数组的长度
* @param newType 目标数组的类型
*/public static T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class newType) {
T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class)
? (T[]) new Object[newLength]
: (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength);
System.arraycopy(original, 0, copy, 0,
Math.min(original.length, newLength));
return copy;
} 这里可以很明显地看出，该方法实际上是在其内部又创建了一个长度为newlength的数组，调用System.arraycopy()方法，将原来数组中的元素复制到了新的数组中。
下面来看 System.arraycopy() 方法。该方法被标记了native，调用了系统的C/C++代码，在JDK中是看不到的，但在openJDK中可以看到其源码。该函数实际上最终调用了C语言的memmove()函数，因此它可以保证同一个数组内元素的正确复制和移动，比一般的复制方法的实现效率要高很多，很适合用来批量处理数组。Java强烈推荐在复制大量数组元素时用该方法，以取得更高的效率；
四. LinkedList
1、LinkedList 简介
LinkedList 是 List接口的双向循环链表实现。LinkedList 实现了 List 中所有可选操作，并且允许所有元素（包括 null）。除了实现 List 接口外，LinkedList 为在列表的开头及结尾进行获取(get)、删除(remove)和插入(insert)元素提供了统一的访问操作，而这些操作允许LinkedList 作为Stack(栈)、Queue(队列)或Deque(双端队列：double-ended queue)进行使用。
注意，LinkedList 不是同步的。如果多个线程同时访问一个顺序表，而其中至少一个线程从结构上（结构修改指添加或删除一个或多个元素的任何操作；仅设置元素的值不是结构修改。）修改了该列表，则它必须保持外部同步。这一般通过对自然封装该列表的对象进行同步操作来完成。如果不存在这样的对象，则应该使用 Collections.synchronizedList 方法来“包装”该列表。最好在创建时完成这一操作，以防止对列表进行意外的不同步访问，如下所示：
List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));
LinkedList 的 iterator 和 listIterator 方法返回的迭代器是快速失败的：在迭代器创建之后，如果从结构上对列表进行修改，除非通过迭代器自身的 remove 或 add 方法，其他任何时间任何方式的修改，都将导致ConcurrentModificationException。因此，面对并发的修改，迭代器很快就会完全失败，而不冒将来不确定的时间任意发生不确定行为的风险。
LinkedList 在Java中的定义如下：
public class LinkedList
extends AbstractSequentialList
implements List, Deque, Cloneable, java.io.Serializable
LinkedList 是一个继承于AbstractSequentialList的双向循环链表。它也可以被当作堆栈、队列或双端队列进行操作；
LinkedList 实现 List 接口，具有 List 的所有功能；
LinkedList 实现 Deque 接口，即能将LinkedList当作双端队列使用；
LinkedList 实现了Cloneable接口，即覆盖了函数clone()，能克隆；
LinkedList 实现java.io.Serializable接口，这意味着LinkedList支持序列化，能通过序列化去传输；
与 ArrayList 不同，LinkedList 没有实现 RandomAccess 接口，不支持快速随机访问。
2、LinkedList 数据结构原理
LinkedList底层的数据结构是基于双向循环链表的，且头结点中不存放数据, 如下：
既然是双向链表，那么必定存在一种数据结构——我们可以称之为节点，节点实例保存业务数据，前一个节点的位置信息和后一个节点位置信息，如下图所示：
3、LinkedList 在JDK中的定义
A.成员变量
private transient Entry header = new Entry(null, null, null);
private transient int size = 0;
其中，header是双向链表的头节点，它是Entry的实例。Entry 包含三个成员变量： previous, next, element。其中，previous是该节点的上一个节点，next是该节点的下一个节点，element是该节点所包含的值。 size 是双向链表中节点实例的个数。首先，我们来了解节点类Entry：
private static class Entry {
E element;
Entry next;
Entry previous;
Entry(E element, Entry next, Entry previous) {
this.element = element;
this.next = next;
this.previous = previous;
}
}
节点类 Entry 很简单，element存放业务数据，previous与next分别是指向前后节点的指针。
B.构造函数
- public LinkedList() { … } ： Java Collection Framework 规范：空链表
- public LinkedList(Collection extends E> c) { … } ： Java Collection Framework 规范：参数为指定容器的构造函数
LinkedList提供了两个构造方法。第一个构造方法不接受参数，将header实例的previous和next全部指向header实例（注意，这个是一个双向循环链表，如果不是循环链表，空链表的情况应该是header节点的前一节点和后一节点均为null），这样整个链表其实就只有header一个节点，用于表示一个空的链表。执行完构造函数后，header实例自身形成一个闭环，如下图所示：
第二个构造方法接收一个Collection参数c，调用第一个构造方法构造一个空的链表，之后通过addAll将c中的元素全部添加到链表中，代码如下：
public class LinkedList
extends AbstractSequentialList
implements List, Deque, Cloneable, java.io.Serializable{
private transient Entry header = new Entry(null, null, null);
private transient int size = 0; /**
* Constructs an empty list.
*/
public LinkedList() {
header.next = header.previous = header;
} /**
* Constructs a list containing the elements of the specified
* collection, in the order they are returned by the collection's
* iterator.
*
* @param c the collection whose elements are to be placed into this list
* @throws NullPointerException if the specified collection is null
*/
public LinkedList(Collection c) { this();
addAll(c);
}
C.成员方法
// 将元素(E)添加到LinkedList中
public boolean add(E e) { // 将节点(节点数据是e)添加到表头(header)之前。
// 即，将节点添加到双向链表的末端。
addBefore(e, header); return true;
} public void add(int index, E element) {
addBefore(element, (index==size ? header : entry(index)));
} private Entry addBefore(E e, Entry entry) {
Entry newEntry = new Entry(e, entry, entry.previous);
newEntry.previous.next = newEntry;
newEntry.next.previous = newEntry;
size++;
modCount++; return newEntry;
} addBefore(E e,Entry entry)方法是个私有方法，其先通过Entry的构造方法创建e的节点newEntry（包含了将其下一个节点设置为entry，上一个节点设置为entry.previous的操作，相当于修改newEntry的“指针”），之后修改插入位置后newEntry的前一节点的next引用和后一节点的previous引用，使链表节点间的引用关系保持正确。之后修改和size大小和记录modCount，然后返回新插入的节点。
private E remove(Entry e) {
if (e == header)
throw new NoSuchElementException(); // 保留将被移除的节点e的内容
E result = e.element; // 将前一节点的next引用赋值为e的下一节点
e.previous.next = e.next; // 将e的下一节点的previous赋值为e的上一节点
e.next.previous = e.previous; // 上面两条语句的执行已经导致了无法在链表中访问到e节点，而下面解除了e节点对前后节点的引用
e.next = e.previous = null; // 将被移除的节点的内容设为null
e.element = null; // 修改size大小
size--;
modCount++; // 返回移除节点e的内容
return result;
}
整个删除操作分为三步：
调整相应节点的前后指针信息
e.previous.next = e.next;//预删除节点的前一节点的后指针指向预删除节点的后一个节点。
e.next.previous = e.previous;//预删除节点的后一节点的前指针指向预删除节点的前一个节点。
清空预删除节点
e.next = e.previous = null;
e.element = null;
gc完成资源回收，删除操作结束。
由以上 add 和 remove 源码可知，与 ArrayList 比较而言，LinkedList的添加、删除动作不需要移动很多数据，从而效率更高。
public E get(int index) {
try {
return listIterator(index).next();
} catch (NoSuchElementException exc) {
throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index);
}
}该方法涉及到 listIterator 的构造，我们再看listIterator 的源码。
private class ListItr implements ListIterator {
// 最近一次返回的节点，也是当前持有的节点
private Entry lastReturned = header;
// 对下一个元素的引用
private Entry next;
// 下一个节点的index
private int nextIndex;
private int expectedModCount = modCount;
// 构造方法，接收一个index参数，返回一个ListItr对象
ListItr(int index) {
// 如果index小于0或大于size，抛出IndexOutOfBoundsException异常
if (index < 0 || index > size)
throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+
", Size: "+size); // 判断遍历方向
if (index < (size >> 1)) { // 相当于除法，但比除法效率高
// next赋值为第一个节点
next = header.next; // 获取指定位置的节点
for (nextIndex=0; nextIndexindex; nextIndex--)
next = next.previous;
}
} // 根据nextIndex是否等于size判断时候还有下一个节点（也可以理解为是否遍历完了LinkedList）
public boolean hasNext() { return nextIndex != size;
} // 获取下一个元素
public E next() {
checkForComodification();
// 如果nextIndex==size,则已经遍历完链表，即没有下一个节点了（实际上是有的，因为是循环链表，任何一个节点都会有上一个和下一个节点，
这里的没有下一个节点只是说所有节点都已经遍历完了）
if (nextIndex == size) throw new NoSuchElementException();
// 设置最近一次返回的节点为next节点
lastReturned = next; // 将next“向后移动一位”
next = next.next; // index计数加1
nextIndex++; // 返回lastReturned的元素
return lastReturned.element;
} public boolean hasPrevious() {
return nextIndex != 0;
}
// 返回上一个节点，和next()方法相似
public E previous() {
if (nextIndex == 0)
throw new NoSuchElementException();
lastReturned = next = next.previous;
nextIndex--;
checkForComodification();
return lastReturned.element;
} public int nextIndex() {
return nextIndex;
} public int previousIndex() {
return nextIndex-1;
} // 移除当前Iterator持有的节点
public void remove() {
checkForComodification();
Entry lastNext = lastReturned.next;
try {
LinkedList.this.remove(lastReturned);
} catch (NoSuchElementException e) {
throw new IllegalStateException();
} if (next==lastReturned)
next = lastNext;
else
nextIndex--;
lastReturned = header;
expectedModCount++;
} // 修改当前节点的内容
public void set(E e) {
if (lastReturned == header)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();
lastReturned.element = e;
} // 在当前持有节点后面插入新节点
public void add(E e) {
checkForComodification();
// 将最近一次返回节点修改为header
lastReturned = header;
addBefore(e, next);
nextIndex++;
expectedModCount++;
}
// 判断expectedModCount和modCount是否一致，以确保通过ListItr的修改操作正确的反映在LinkedList中
final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
由以上 get 和 listIterator 源码可知，与 ArrayList 比较而言，LinkedList的随机访问需要从头遍历到指定位置元素，而不像ArrayList直接通过索引取值，效率更低一些。
4、小结
关于LinkedList的源码，给出几点比较重要的总结：
LinkedList 本质是一个双向循环链表，可用作List，Queue，Stack和Deque；
LinkedList 并未实现 RandomAccess 接口；
相对于ArrayList，LinkedList有更好的增删效率，更差的随机访问效率；
