ArrayList底层的数据结构是数组，数组元素类型为Object类型，即可以存放所有类型数据。
与Java中的数组相比，它的容量能动态增长。当创建一个数组的时候，就必须确定它的大小，系统会在内存中开辟一块连续的空间，用来保存数组，因此数组容量固定且无法动态改变。ArrayList在保留数组可以快速查找的优势的基础上，弥补了数组在创建后，要往数组添加元素的弊端。实现的基本方法如下：
快速查找：在物理内存上采用顺序存储结构，因此可根据索引快速的查找元素。容量动态增长： 当数组容量不够用时，创建一个比原数组容量大的新数组(1.5倍)，将数组中的元素“搬”到新数组，再将新的元素也放入新数组，最后将新数组赋给原数组即可。ArrayList结构图如下：
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, SerializableArrayList实现的接口：
List接口：ArrayList的父类AbstractList也实现了List接口，ArrayList还去实现？这是一个是mistake，作者写这代码的时候觉得会有用处，但是其实并没什么用，就一直保留着。说法来源自 ：https://www.cnblogs.com/zhangyinhua/p/7687377.htmlRandomAccess接口：这个是一个标记性接口，它的作用就是用来快速随机存取，有关效率的问题，在实现了该接口的话，那么使用普通的for循环来遍历，性能更高，例如arrayList。Cloneable接口：实现了该接口，就可以使用Object.Clone()方法。Serializable接口：实现该序列化接口，表明该类可以被序列化，能够从类变成字节流传输，然后还能从字节流变成原来的类。ArrayList中的属性如下：
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, Serializable{ // 版本号 private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L; // 默认容量 private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; // 空对象数组 private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = new Object[0]; // 默认缺省空对象数组 private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = new Object[0]; // 元素数组 transient Object[] elementData; // 数组大小，默认0 private int size; // 最大数组容量 值为Integer.MAX_VALUE - 8 private static final int MAX_ARRAY_SIZE = 2147483639; }ArrayList中有三种构造方法：
public ArrayList(){ // 空的Object[] elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA; } // 根据paramInt创建ArrayList,若知道ArrayList大小，建议使用此构造方法，节省数组扩容拷贝的时间 public ArrayList(int paramInt){ if (paramInt > 0) { elementData = new Object[paramInt]; } else if (paramInt == 0) { elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; } else { throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: " + paramInt); } } public ArrayList(Collection<? extends E> paramCollection) { elementData = paramCollection.toArray(); if ((size = elementData.length) != 0) { //每个集合的toarray()的实现方法不一样，需要判断一下，若不是Object[].class类型，就需要使用ArrayList中的方法去改造一下 if (elementData.getClass() != Object[].class) { elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class); } } else { elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; } }add(E)方法用于在数组末尾添加元素
public boolean add(E paramE){ //确定数组大小 ensureCapacityInternal(size + 1); //末尾添加数据 elementData[(size++)] = paramE; return true; }ensureCapacityInternal(int paramInt)用于确定数组大小
private void ensureCapacityInternal(int paramInt){ //数组为空数组，比较10与传入值大小，10为初次添加数据默认数组大小 if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { paramInt = Math.max(10, paramInt); } //确认容量，判断数组是否够用 ensureExplicitCapacity(paramInt); }ensureExplicitCapacity判断若数组长度不够，增加数组长度
private void ensureExplicitCapacity(int paramInt){ //注意：这里在后面说到 modCount += 1; //当第一次add时，paramInt为1，此时数组设置默认长度为10 //当多次add判断数组长度不够时，进行数组扩容操作 if (paramInt - elementData.length > 0) { //数组扩容 grow(paramInt); } }grow()是ArrayList自动扩展大小的核心方法。
private void grow(int paramInt){ //扩容前数组大小 int i = elementData.length; //扩容为原来的1.5倍 int j = i + (i >> 1); if (j - paramInt < 0) { //适用于数组为空时，此处真正初始化数组的长度为10 j = paramInt; } if (j - 2147483639 > 0) { //扩容后数组超出容量限制，将能给的最大值给数组 j = hugeCapacity(paramInt); } //容量大小确定，copy数组 elementData = Arrays.copyOf(elementData, j); }hugeCapacity赋数组最大值，ArrayList中默认的数组最大为：2147483639即为Integer.MAX_VALUE-8
private static int hugeCapacity(int paramInt){ if (paramInt < 0) { throw new OutOfMemoryError(); } //扩大数组容量到最大 return paramInt > 2147483639 ? Integer.MAX_VALUE : 2147483639; }add(int, E)方法用于在指定位置插入元素
public void add(int paramInt, E paramE){ //检查插入位置是否合适 rangeCheckForAdd(paramInt); //确定数组大小,同上 ensureCapacityInternal(size + 1); //在插入元素之后，要将paramInt之后的元素都往后移一位 System.arraycopy(elementData, paramInt, elementData, paramInt + 1, size - paramInt); //目标位置存放元素 elementData[paramInt] = paramE; //size增加 size += 1; }rangeCheckForAdd()用于检查插入位置
private void rangeCheckForAdd(int paramInt){ if ((paramInt > size) || (paramInt < 0)) { //数组越界异常 throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(paramInt)); } }arraycopy用于将指定位置之后的元素都后移一位
/*参数 : src - 源数组。 srcPos - 源数组中的起始位置。 dest - 目标数组。 destPos - 目的地数据中的起始位置。 length - 要复制的数组元素的数量。 更多说明参见Java api文档 */ public static void arraycopy(Object src,int srcPos,Object dest,int destPos,int length)addAll(Collection<? extends E> paramCollection)用于末尾批量添加数据
public boolean addAll(Collection<? extends E> paramCollection){ Object[] arrayOfObject = paramCollection.toArray(); int i = arrayOfObject.length; //确定数组大小,同上 ensureCapacityInternal(size + i); System.arraycopy(arrayOfObject, 0, elementData, size, i); size += i; return i != 0; }addAll(int, Collection<? extends E>)方法用于在指定位置批量添加数据
public boolean addAll(int paramInt, Collection<? extends E> paramCollection){ //检查插入位置 rangeCheckForAdd(paramInt); Object[] arrayOfObject = paramCollection.toArray(); int i = arrayOfObject.length; //确定数组大小,同上 ensureCapacityInternal(size + i); int j = size - paramInt; if (j > 0) { System.arraycopy(elementData, paramInt, elementData, paramInt + i, j); } //指定位置插入数据 System.arraycopy(arrayOfObject, 0, elementData, paramInt, i); size += i; return i != 0; }删除指定位置的元素
remove函数在移除指定下标的元素，此时会把指定下标到数组末尾的元素向前移动一个单位，并且会把数组最后一个元素设置为null，让gc(垃圾回收机制)更快的回收
public E remove(int paramInt){ //检查下标合理性 rangeCheck(paramInt); //注意：这里在后面说到 modCount += 1; //通过索引获取元素 Object localObject = elementData(paramInt); //计算要移动的位数 int i = size - paramInt - 1; if (i > 0) { //复制数据 System.arraycopy(elementData, paramInt + 1, elementData, paramInt, i); } //将--size上的位置赋值为null，让gc(垃圾回收机制)更快的回收 elementData[(--size)] = null; //返回删除元素 return (E)localObject; }下标大于数组大小报越界异常
private void rangeCheck(int paramInt){ if (paramInt >= size) { throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(paramInt)); } }注意，在这个方法中知道arrayList可以存null
public boolean remove(Object paramObject){ int i; if (paramObject == null) { for (i = 0; i < size; i++) { if (elementData[i] == null) { fastRemove(i); return true; } } } else { for (i = 0; i < size; i++) { if (paramObject.equals(elementData[i])) { fastRemove(i); return true; } } } return false; }fastRemove与remove实现类似，fastRemove为私有方法，主要提供remove(Object)这个方法使用
private void fastRemove(int paramInt){ //注意：这里在后面说到 modCount += 1; int i = size - paramInt - 1; if (i > 0) { System.arraycopy(elementData, paramInt + 1, elementData, paramInt, i); } elementData[(--size)] = null; }此方法用于批量删除
public boolean removeAll(Collection<?> paramCollection){ //paramCollection判空 Objects.requireNonNull(paramCollection); //用于两个方法，removeAll()指定清除集合中的元素，retainAll()测试两个集合是否有交集。 return batchRemove(paramCollection, false); } public static <T> T requireNonNull(T paramT){ if (paramT == null) { throw new NullPointerException(); } return paramT; } //complement为true用于retainAll()，false用于removeAll() private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement) { final Object[] elementData = this.elementData; //r控制循环、w统计交集 int r = 0, w = 0; boolean modified = false; try { for (; r < size; r++) //数组中不包含原数组指定位置的数据时，就将原数组的r位置的数据覆盖掉w位置的数据，r位置的数据不变，并其w自增，r自增;否则，r自增，w不自增 //把需要移除的数据都替换掉，不需要移除的数据前移 if (c.contains(elementData[r]) == complement) elementData[w++] = elementData[r]; } finally { // Preserve behavioral compatibility with AbstractCollection, // even if c.contains() throws. //如果contains方法使用过程报异常,将剩下的元素都赋值给集合elementData if (r != size) { System.arraycopy(elementData, r,elementData, w,size - r); w += size - r; } //在removeAll()时，w一直为0，就直接跟clear一样，全是为null if (w != size) { // clear to let GC do its work for (int i = w; i < size; i++) //方便GC elementData[i] = null; //注意：这里在后面说到 modCount += size - w; size = w; modified = true; } } return modified; }clear是将数组元素置为null，等待垃圾回收机制处理
public void clear(){ modCount += 1; for (int i = 0; i < size; i++) { elementData[i] = null; } size = 0; }set(int,E)设定指定下标索引的元素值
public E set(int paramInt, E paramE){ //校验下标合法 rangeCheck(paramInt); Object localObject = elementData(paramInt); elementData[paramInt] = paramE; return (E)localObject; }get(int)获取指定下标的元素
// public E get(int paramInt){ //校验下标合法 rangeCheck(paramInt); return (E)elementData(paramInt); } E elementData(int paramInt){ // 返回的值都经过了向下转型（Object -> E） return (E)elementData[paramInt]; }从头开始查找数组里面是否存在指定元素
public int indexOf(Object paramObject){ int i; //可为null或元素 if (paramObject == null) { //遍历数组找到第一个null元素，返回下标 for (i = 0; i < size; i++) { if (elementData[i] == null) { return i; } } } else { //遍历数组找到第一个元素，返回下标 for (i = 0; i < size; i++) { if (paramObject.equals(elementData[i])) { return i; } } } return -1; }注意：ArrayList中可以存放null元素，与此函数对应的lastIndexOf，表示从尾部开始查找
在前面注释中多次说到modCount，它是继承自AbstractList类中的一个属性
protected transient int modCount = 0;
api中对它的描述是：
此列表已被结构修改的次数。 结构修改是改变列表大小的那些修改，或以其他方式扰乱它，使得正在进行的迭代可能产生不正确的结果。该字段由迭代器和列表迭代器实现使用，由iterator和listIterator方法返回。 如果该字段的值意外更改，迭代器（或列表迭代器）将抛出一个ConcurrentModificationException响应next ， remove ， previous ， set或add操作。 这提供了fail-fast行为，而不是面对在迭代期间的并发修改的非确定性行为从上面的源码分析中可以发现，add,remove,clear等方法实现时，均添加了modCount++;而在在arraylist的迭代器是通过内部类实现的，在这个内部类中，同样维护了一个类似modCount的变量及检测方法：
int expectedModCount = modCount; final void checkForComodification() { if (modCount != expectedModCount) throw new ConcurrentModificationException(); }这个检测方法在迭代器中类似next方法里面作为首先需要判断的条件
public E next() { checkForComodification(); int i = cursor; if (i >= size) { throw new NoSuchElementException(); } Object[] arrayOfObject = elementData; if (i >= arrayOfObject.length) { throw new ConcurrentModificationException(); } cursor = (i + 1); return (E)arrayOfObject[(lastRet = i)]; }在使用迭代器遍历arrayList时，会初始化一个和modCount相等的变量，如果在迭代过程中，arraylist中发生了类似add这种改变结构的操作(modCount改变)，导致modCount != expectedModCount，那么会抛出一个异常ConcurrentModificationException，即产生fail-fast事件。
下面是多线程时fail-fast事件产生过程：
新建了一个ArrayList，名称为list，向list中添加内容。新建一个“线程a”，并在“线程a”中通过Iterator反复的读取list的值。新建一个“线程b”，在“线程b”中删除list中的一个“节点A”。在某一时刻，“线程a”创建了list的Iterator。此时“节点A”仍然存在于list中，创建list时，expectedModCount = modCount(假设它们此时的值为N)。
在“线程a”在遍历list过程中的某一时刻，“线程b”执行了，并且“线程b”删除了list中的“节点A”。“线程b”执行remove()进行删除操作时，在remove()中执行了“modCount++”，此时modCount变成了N+1！
“线程a”接着遍历，当它执行到next()函数时，调用checkForComodification()比较expectedModCount和modCount的大小；而expectedModCount=N，modCount=N+1。这样，便抛出ConcurrentModificationException异常，产生fail-fast事件。
总结：modCount用于记录表结构的修改次数，当多个线程对同一个集合进行操作的时候，某线程访问集合的过程中，该集合的内容被其他线程所改变(即其它线程通过add、remove、clear等方法，改变了modCount的值)，此时会产生fail-fast事件，抛出ConcurrentModificationException异常。
参考了：
https://www.cnblogs.com/zhangyinhua/p/7687377.html
https://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3308762.html
