List结构图

1.List

public abstract interface List extends Collection

有序、允许有重复元素、值可为NULL。用户可以根据元素的整数索引（在列表中的位置）访问元素，并搜索列表中的元素。

List 接口在 iterator、add、remove、equals 和 hashCode 方法的协定上加了一些其他约定，超过了 Collection 接口中指定的约定。

针对List的add、remove、set推荐使用Iterator进行迭代，否则稍微不注意容易导致fail-fast。

Arrays：操作数组（比如排序和搜索），集合帮助类。

2.AbstractList

publicabstract class AbstractList extends AbstractCollection implements List

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。

支持对数据的随机访问，对于连续的访问数据（如链表),应优先使用 AbstractSequentialList，而不是此类。

AbstractList的迭代由其内部类Itr实现，其子类通过继承调用父类方法。

public Iterator<E> iterator() {
    return new Itr();//Itr是其内部类
}

3.ArrayList

public class ArrayList extends AbstractList implements List

List 接口的大小可变数组的实现。默认初始容量为10，可指定大小。

有序、可重复、允许NULL值。

非同步，fail-fast。

元素以transient Object[]形式存储，适用于快速随机访问元素。

常用方法如下：

ensureCapacity(int minCapacity): 如有必要，增加此 ArrayList 实例的容量，以确保它至少能够容纳最小容量参数所指定的元素数。

public void ensureCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
int oldCapacity = elementData.length;//获取已有元素数量
if (minCapacity > oldCapacity) {

//若最小容量大于已有数量
    Object oldData[] = elementData;
    int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;//原有容量扩大1.5倍+1
        if (newCapacity < minCapacity)//扩容后的容量还小于要求的最小容量，则扩容大小为最小容量
    newCapacity = minCapacity;
        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
}

add(E e): 将指定的元素添加到此列表的尾部。

public boolean add(E e) {
    ensureCapacity(size + 1);  // Increments modCount!!
    elementData[size++] = e;
    return true;
    }

从源码中看出，新增步骤大致为三步：

1、 已有集合元素数量+1进行扩容，保证本次新增空间足够；
2、 将指定的元素添加到此列表的尾部；
3、 更新已有集合元素数量（+1）；

remove(Object o): 移除此列表中首次出现的指定元素（如果存在）。

public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
        for (int index = 0; index < size; index++)
    if (elementData[index] == null) {
        fastRemove(index);
        return true;
    }
} else {
    for (int index = 0; index < size; index++)
    if (o.equals(elementData[index])) {
        fastRemove(index);
        return true;
    }
    }
return false;
}

private void fastRemove(int index) {
  
//由于内部方法调用，故不做数据越界检查，默认不会越界
    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
}

从源码中看出移除Object是使用equals进行匹配，匹配成功，fastRemove匹配成功的索引对应元素。匹配不成功，则不执行faseRemove。

fastRemove大致步骤：

1、 计算需要复制的元素数量；
2、 将index+1之后的元素依次向前移动一个位置，复制完成会覆盖掉需要移除的元素，相当于删除操作；
3、 将队尾元素值设为NULL；

set(int index, E element): 用指定的元素替代此列表中指定位置上的元素。

public E set(int index, E element) {
    RangeCheck(index);
    E oldValue = (E) elementData[index];
    elementData[index] = element;
    return oldValue;
 }

private void RangeCheck(int index) {
    if (index >= size)
        throw new IndexOutOfBoundsException(
        "Index: "+index+", Size: "+size);
 }

从源码中看出先进行数组越界检查，通过后，将新集合元素放置到指定索引位置，并返回对应索引的原有元素。

forEach(Consumer action): 遍历元素并进行消费–jdk1.8源码

@Override
    public void forEach(Consumer<? super E> action) {
        Objects.requireNonNull(action);
        final int expectedModCount = modCount;
        @SuppressWarnings("unchecked")
        final E[] elementData = (E[]) this.elementData;
        final int size = this.size;
        for (int i=0; modCount == expectedModCount && i < size; i++) {
            action.accept(elementData[i]);
        }
        if (modCount != expectedModCount) {
            throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }

从源码中可以看到对集合元素进行遍历，并进行消费者消费，当遍历时被外部改动过元素，消费终止并抛出ConcurrentModificationException()。