JAVA基础集合框架【一】ArrayList之源码翻译-上

摘要：文章首发于基于的源码版权所有，和或其附属公司。使用须遵守许可条款。的迭代器会尽最大的努力抛出异常。因此，写程序依赖这个异常为了正确性这点是错误的，迭代器的行为仅仅被用来检查程序中的。这个类是集合框架的一员。

文章首发于：clawhub.club

基于 JDK1.8 的ArrayList源码：

/*
 * Copyright (c) 1997, 2017, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.
 * ORACLE PROPRIETARY/CONFIDENTIAL. Use is subject to license terms.
 * 版权所有（c）1997,2017，Oracle和/或其附属公司。版权所有。
 * ORACLE 所有权/机密。使用须遵守许可条款。
 */

package java.util;

import java.util.function.Consumer;
import java.util.function.Predicate;
import java.util.function.UnaryOperator;
import sun.misc.SharedSecrets;

/**
 * Resizable-array implementation of the List interface.  Implements
 * all optional list operations, and permits all elements, including
 * null.  In addition to implementing the List interface,
 * this class provides methods to manipulate the size of the array that is
 * used internally to store the list.  (This class is roughly equivalent to
 * Vector, except that it is unsynchronized.)
 * 实现 List 接口的可变数组，实现了所有列表操作的方法，允许所有的元素，包括 null。
 * 除了实现 List 接口外，ArrayList 还提供了一些方法用来控制存储列表内部的数组大小。
 * （除了它不是同步的外，这个类相当于 Vector（类））
 * 
 * 
 * 
The size, isEmpty, get, set,
 * iterator, and listIterator operations run in constant
 * time.  The add operation runs in amortized constant time,
 * that is, adding n elements requires O(n) time.  All of the other operations
 * run in linear time (roughly speaking).  The constant factor is low compared
 * to that for the LinkedList implementation.
 * size、isEmpty、get、set、iterator 和 listIterator 这些操作（方法）运行在恒定时间（）。
 * add 这个操作（方法），时间复杂度都是 O(n) 。
 * 其他所有的操作（方法）运行在线性时间（粗略的讲）。
 * 这个常数因子（10）相比于 LinkedList 实现类来说是比较低的。
 * 
 * 
 * 
Each ArrayList instance has a capacity.  The capacity is
 * the size of the array used to store the elements in the list.  It is always
 * at least as large as the list size.  As elements are added to an ArrayList,
 * its capacity grows automatically.  The details of the growth policy are not
 * specified beyond the fact that adding an element has constant amortized
 * time cost.
 * 每个 ArrayList 实例都有一个 capacity，这个 capacity 是被用来在列表中存储元素的数组大小。
 * capacity 总是至少和列表的大小一样大。
 * 当元素被添加到 ArrayList 中，列表的 capacity 也会自动增长。
 * 除了添加一个元素有恒定均摊时间花费这个事实外，增长策略的细节没有做规定。
 * 
 * 
 * 
An application can increase the capacity of an ArrayList instance
 * before adding a large number of elements using the ensureCapacity
 * operation.  This may reduce the amount of incremental reallocation.
 * 一个程序在添加大量的元素之前可以先增加 ArrayList 实例的 capacity，
 * 通过使用 ensureCapacity 方法可能会减少重新分配增量的次数。
 * 
 * 
 * 
Note that this implementation is not synchronized.
 * If multiple threads access an ArrayList instance concurrently,
 * and at least one of the threads modifies the list structurally, it
 * must be synchronized externally.  (A structural modification is
 * any operation that adds or deletes one or more elements, or explicitly
 * resizes the backing array; merely setting the value of an element is not
 * a structural modification.)  This is typically accomplished by
 * synchronizing on some object that naturally encapsulates the list.
 * 注意：这个实现类（ArrayList） 不是同步的。
 * 如果多个线程并发访问一个 ArrayList 实例，并且至少有一个线程在结构上修改了列表，那么这个线程必须在
 * （ArrayList 的）方法外部进行同步操作。（结构上的修改是添加删除一个或多个元素，或者是显示调整后备数组的
 * 大小，仅仅是设置值（使用 set 方法）不算是结构上的修改。）
 * 这通常是通过在列表上自然封装的一些对象进行同步操作来完成的。
 * 
 * 
 * If no such object exists, the list should be "wrapped" using the
 * {@link Collections#synchronizedList Collections.synchronizedList}
 * method.  This is best done at creation time, to prevent accidental
 * unsynchronized access to the list:
 *   List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList(...));
 * 如果不存在此类对象，列表应该用 Collections.synchronizedList 静态方法包装。
 * 这（使用包装列表）应该在创建的时候做，为了防止非同步的访问列表（示例代码如下）：
 * List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList(...));
 *
 * 
 * 

 * The iterators returned by this class"s {@link #iterator() iterator} and
 * {@link #listIterator(int) listIterator} methods are fail-fast:
 * if the list is structurally modified at any time after the iterator is
 * created, in any way except through the iterator"s own
 * {@link ListIterator#remove() remove} or
 * {@link ListIterator#add(Object) add} methods, the iterator will throw a
 * {@link ConcurrentModificationException}.  Thus, in the face of
 * concurrent modification, the iterator fails quickly and cleanly, rather
 * than risking arbitrary, non-deterministic behavior at an undetermined
 * time in the future.
 * 这个类（ArrayList）的 iterator() 方法和 listIterator 方法返回出来的迭代器都是 fail-fast 的。
 * 如果列表在迭代器创建之后在结构上被修改，除了调用迭代器的 remove 方法和 add 方法外，迭代器都会抛出 ConcurrentModificationException 异常。
 * 因此，在并发修改情况下，迭代器快速干净地出 fail，而不是在未来某个不确定的时间，冒任意和不确定的风险。
 * 
 * 
 * 
Note that the fail-fast behavior of an iterator cannot be guaranteed
 * as it is, generally speaking, impossible to make any hard guarantees in the
 * presence of unsynchronized concurrent modification.  Fail-fast iterators
 * throw {@code ConcurrentModificationException} on a best-effort basis.
 * Therefore, it would be wrong to write a program that depended on this
 * exception for its correctness:  the fail-fast behavior of iterators
 * should be used only to detect bugs.
 * 注意：迭代器的 fail-fast 行为可能不像它保证的那样，一般来说，在非同步并发修改情况下，不可能去给出
 * 任何硬性的保证。
 * fail-fast 的迭代器会尽最大的努力抛出 ConcurrentModificationException 异常。
 * 因此，写程序依赖这个异常为了正确性这点是错误的，迭代器的 fail-fast 行为仅仅被用来检查（程序中的） bug。
 * 
 *
 * 
This class is a member of the
 * 
 * Java Collections Framework.
 * 这个类（ArrayList）是 Java 集合框架的一员。
 * 
 * @author  Josh Bloch
 * @author  Neal Gafter
 * @see     Collection
 * @see     List
 * @see     LinkedList
 * @see     Vector
 * @since   1.2
 * 编写者：Josh Bloch、Neal Gafter
 * 参看：Collection、List、LinkedList、Vector
 * 这个类自从 Java 1.2 就有了
 */

public class ArrayList extends AbstractList
        implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
    // 序列号
    private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;

    /**
     * Default initial capacity.
     * 默认的初始化容量，10。
     */
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

    /**
     * Shared empty array instance used for empty instances.
     * （初始化容量为 0或者初始化集合为空）空实例共享此空数组（私有静态不可变变量）。
     */
    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.
     * （没有指定初始化）默认（容量）大小（10）空实例共享此空数组（私有静态不可变变量），我们将它和 EMPTY_ELEMENTDATA 区分开来是为了知道当第一元素被添加时需要扩容多少。
     */
    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.
     * 存储 ArrayList 元素的数组。ArrayList 的容量是这个数组的长度。
     * 当添加第一个元素时，任何带有 elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 的空 ArrayList
     * 都将扩展为 DEFAULT_CAPACITY。
     * 
     * transient 关键字修饰，序列化时该值不会被带上
     */
    transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access 非私有方便内部嵌套类访问

    /**
     * The size of the ArrayList (the number of elements it contains).
     * ArrayList 的大小（ArrayList 包含的元素数量）
     * 
     * @serial
     * 对象序列化时被带上
     */
    private int size;

    /**
     * Constructs an empty list with the specified initial capacity.
     * 使用指定初始化容量构造一个空列表
     * 
     * @param  initialCapacity  the initial capacity of the list
     * initialCapacity 参数为这个列表的初始化容量
     * @throws IllegalArgumentException if the specified initial capacity
     *         is negative
     * 抛出 IllegalArgumentException 异常，如果指定的初始化容量是负数
     */
    public ArrayList(int initialCapacity) {
        if (initialCapacity > 0) {
            // 创建指定初始化容量的 Object 数组
            this.elementData = new Object[initialCapacity];
        } else if (initialCapacity == 0) {
            // 使用有指定初始化值的共享空实例
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        } else {
            // 抛出 IllegalArgumentException 异常
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        }
    }

    /**
     * Constructs an empty list with an initial capacity of ten.
     * 使用初始化容量 10 来构造一个空列表
     */
    public ArrayList() {
        // 使用无指定初始化值的共享空实例，和上面的空实例区分开
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

    /**
     * Constructs a list containing the elements of the specified
     * collection, in the order they are returned by the collection"s
     * iterator.
     * 使用包含元素（元素个数可能为 0）的指定集合构造列表，并按照这个集合的迭代器返回元素顺序构造
     * 
     * @param c the collection whose elements are to be placed into this list
     * c 参数为要将它的元素放入列表的集合
     * @throws NullPointerException if the specified collection is null
     * 抛出 NullPointerException（空指针）异常，如果指定的集合为 null
     */
    public ArrayList(Collection c) {
        // 如果集合 c 为 null，则在调用 toArray 方法时会抛出空指针异常
        elementData = c.toArray();
        if ((size = elementData.length) != 0) {
            // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
            // c.toArray 是具体的集合类中的方法，可能并不会正确的返回 Object 数组，所以这里要判断一下，
            // 如果不是 Object 数组，就通过 Arrays 工具类的 copyOf 方法转换成 Object 数组
            if (elementData.getClass() != Object[].class)
                elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
        } else {
            // replace with empty array.
            // 使用有指定初始化值的共享空实例
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        }
    }

    /**
     * Trims the capacity of this ArrayList instance to be the
     * list"s current size.  An application can use this operation to minimize
     * the storage of an ArrayList instance.
     * 调整 ArrayList 实例的 capacity 为列表当前的 size。
     * 程序可以使用这个方法最小化 ArrayList 实例的存储（节省不需要的空间）。
     */
    public void trimToSize() {
        // 修改次数加 1
        modCount++;
        // 在 size 小于数组的长度（数组中存在 null 引用）前提下
        // 如果 size == 0 ，说明数组中都是 null 引用，就让 elementData 指向 EMPTY_ELEMENTDATA，
        // 否则，就拷贝 size 长度的 elementData 数组元素，再让 elementData 指向这个数组对象
        if (size < elementData.length) {
            elementData = (size == 0)
              ? EMPTY_ELEMENTDATA
              : Arrays.copyOf(elementData, size);
        }
    }

    /**
     * Increases the capacity of this ArrayList instance, if
     * necessary, to ensure that it can hold at least the number of elements
     * specified by the minimum capacity argument.
     * 如果有需要，增加 ArrayList 实例的容量值，来确保它可以容纳至少
     * 指定的最小容量（minCapacity）数量的元素。
     * 
     * @param   minCapacity   the desired minimum capacity
     * minCapacity 参数为列表所需的最小容量
     */
    public void ensureCapacity(int minCapacity) {
        // 如果 elementData ！= DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA（未指定初始化值的 ArrayList 实例），则 minExpand = 0
        // 否则 minExpand = DEFAULT_CAPACITY（10）
        int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
            // any size if not default element table
            ? 0
            // larger than default for default empty table. It"s already
            // supposed to be at default size.
            : DEFAULT_CAPACITY;
        // 如果 minCapacity > minExpand，一种情况是 minCapacity > 0，另一种情况是 minCapacity > 10
        if (minCapacity > minExpand) {
            ensureExplicitCapacity(minCapacity);
        }
    }

    // 类内私有方法，对象无法直接方法，供内部其他方法使用
    // 计算列表的容量
    private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
        // 如果 elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA（未指定初始化值的 ArrayList 实例），则返回 DEFAULT_CAPACITY（10） 和 minCapacity 数值最大的一个作为列表的容量
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        // 否则（不是未指定初始化值得 ArrayList 实例），直接返回 minCapacity
        return minCapacity;
    }

    // 类内私有方法，对象无法直接方法，供内部其他方法使用
    // 确保 ArrayList 内部容量充足
    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
    }

    // 类内私有方法，对象无法直接方法，供内部其他方法使用
    // 确保已经有明确的容量
    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        // 修改次数加 1
        modCount++;

        // overflow-conscious code
        // 有溢出意识的代码
        // 当 minCapacity 大于 elementData 数组长度时，再调用 grow 方法。
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }

    /**
     * The maximum size of array to allocate.
     * Some VMs reserve some header words in an array.
     * Attempts to allocate larger arrays may result in
     * OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit
     * 能分配的最大数组大小，Integer.Max_VALUE - 8 
     * 为什么最大数组大小不是 Integer 最大值？因为一些虚拟机（VMs）在数组中会保留一些头消息，会占用一些空间
     * 尝试分配比这个（规定最大）值更大的值可能会导致 OutOfMemoryError：请求的数组大小超过了虚拟机的限制
     */
    private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

    /**
     * Increases the capacity to ensure that it can hold at least the
     * number of elements specified by the minimum capacity argument.
     * 确保 ArrayList 实例可以容纳至少指定的最小容量（minCapacity）数量的元素。
     * 
     * @param minCapacity the desired minimum capacity
     * minCapacity 参数为列表所需的最小容量
     */
    private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        // 有溢出意识的代码

        // oldCapacity 的值为 elementData 中数组长度值
        int oldCapacity = elementData.length;
        // 使用位运算提高运算速度，newCapacity 是 oldCapacity 的 1.5 倍。
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        // 如果 oldCapacity 的 1.5 倍还比 minCapacity 小，那么 newCapacity = minCapacity
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        // 如果 oldCapacity 的 1.5 倍比 MAX_ARRAY_SIZE 大，那么调用 hugeCapacity 做点事情
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);

        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
        // minCapacity 的值通常接近于 size 的值，所以这就是个胜利（节省空间）

        // 最终 elementData 指向复制了 newCapacity 的新数组对象
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

    // 对于巨大的容量的做法
    private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        // 如果 minCapacity < 0 就直接抛出 OutOfMemoryError
        if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        // 否则如果 minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE，返回 Integer.MAX_VALUE，或者返回 MAX_ARRAY_SIZE 值
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
    }

    /**
     * Returns the number of elements in this list.
     * 返回列表中元素的数量
     * @return the number of elements in this list
     * 返回值是列表中元素的数量
     */
    public int size() {
        return size;
    }

    /**
     * Returns true if this list contains no elements.
     * 如果列表中没有元素则返回 true
     * 
     * @return true if this list contains no elements
     * 返回值为列表的 size 是否等于 0 
     */
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    /**
     * Returns true if this list contains the specified element.
     * More formally, returns true if and only if this list contains
     * at least one element e such that
     * (o==null ? e==null : o.equals(e)).
     * 如果列表包含指定的元素则返回 true，
     * 更正式的说是，当且仅当列表包含至少一个元素 e，
     * 就像这样 return (o == null ? e == null : o.equals(e))
     * 如果测试对象 o 为 null，那么这一个元素 e 指向 null，返回 true
     * 否则就用 o 调用 equals 方法，判断 o 和 e 是否相等来决定返回值
     * 
     * @param o element whose presence in this list is to be tested
     * o 参数为在这个列表中被测试的元素
     * @return true if this list contains the specified element
     * 返回值为 o 在列表中的位置是否大于 0
     */
    public boolean contains(Object o) {
        return indexOf(o) >= 0;
    }

    /**
     * Returns the index of the first occurrence of the specified element
     * in this list, or -1 if this list does not contain the element.
     * More formally, returns the lowest index i such that
     * (o==null ? get(i)==null : o.equals(get(i))),
     * or -1 if there is no such index.
     * 返回列表中第一次出现指定元素的索引（下标），如果列表中不存在这个（指定）元素就返回 -1
     * 更正式的说是，返回最小的索引，
     * 就像这样 (o == null ? get(i) == null : o.equals(get(i)))
     * 或者（列表中）没有该元素的索引就返回 -1
     * 这里方法注释是源码注释不规范（不是我翻译时漏了），没有参数和返回值的注释，
     * 不知道是编写这个类中哪个大佬的锅，txtx
     */
    public int indexOf(Object o) {
        // 判断 o 是不是指向 null
        if (o == null) {
            // 如果 o 指向 null，正序遍历元素列表（注意这里用 size，不用 capacity），如果找到就返回索引值
            for (int i = 0; i < size; i++)
                if (elementData[i]==null)
                    return i;
        } else {
            // 如果 o 不指向 null，正序遍历元素列表，使用元素的 equals 方法判断元素值，如果找到就返回索引值
            for (int i = 0; i < size; i++)
                if (o.equals(elementData[i]))
                    return i;
        }
        // 找不到返回 -1
        return -1;
    }

    /**
     * Returns the index of the last occurrence of the specified element
     * in this list, or -1 if this list does not contain the element.
     * More formally, returns the highest index i such that
     * (o==null ? get(i)==null : o.equals(get(i))),
     * or -1 if there is no such index.
     * 返回列表中最后一次出现指定元素的索引（下标），如果列表中不存在这个（指定）元素就返回 -1
     * 更正式的说是，返回最小的索引，
     * 就像这样 (o == null ? get(i) == null : o.equals(get(i)))
     * 或者（列表中）没有该元素的索引就返回 -1
     */
    public int lastIndexOf(Object o) {
        // 判断 o 是不是指向 null
        if (o == null) {
            // 如果 o 指向 null，倒序遍历元素列表（注意这里用 size，不用 capacity），如果找到就返回索引值
            for (int i = size-1; i >= 0; i--)
                if (elementData[i]==null)
                    return i;
        } else {
            // 如果 o 不指向 null，正序遍历元素列表，使用元素的 equals 方法判断元素值，如果找到就返回索引值
            for (int i = size-1; i >= 0; i--)
                if (o.equals(elementData[i]))
                    return i;
        }
        // 找不到返回 -1
        return -1;
    }

    /**
     * Returns a shallow copy of this ArrayList instance.  (The
     * elements themselves are not copied.)
     * 返回 ArrayList 实例的浅拷贝（元素本身没有拷贝，只是把数组中的对象引用拷贝了一遍）
     * 
     * @return a clone of this ArrayList instance
     * 返回值是 ArrayList 实例的克隆
     */
    public Object clone() {
        try {
            // 只是复制了 ArrayList 数组对象引用（栈中），没有拷贝具体的对象（堆中）
            ArrayList v = (ArrayList) super.clone();
            // elementData 复制和 modCount 值复制
            v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
            v.modCount = 0;
            return v;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            // this shouldn"t happen, since we are Cloneable
            // 这不应该发生，因为我们已经声明了 Cloneable
            throw new InternalError(e);
        }
    }

    /**
     * Returns an array containing all of the elements in this list
     * in proper sequence (from first to last element).
     * 以适当的顺序（从第一个到最后一个元素）返回一个包含列表中所有元素的数组
     * 
     * 
The returned array will be "safe" in that no references to it are
     * maintained by this list.  (In other words, this method must allocate
     * a new array).  The caller is thus free to modify the returned array.
     * 这个返回的数组是安全的，列表中没有保留对数组元素值的引用（换句话说，这个方法必须分配一个新的数组）
     * 调用者因此可以自由修改返回的数组（对列表中的值不会有影响，反过来，列表中的值修改也不会影响数组中的值）
     * 
     * 
This method acts as bridge between array-based and collection-based
     * APIs.
     * 这个方法充当基于数组和基于集合API的桥梁（集合与数组的转换）
     *
     * @return an array containing all of the elements in this list in
     *         proper sequence
     * 返回值为以适当的顺序包含列表中所有元素的数组
     */
    public Object[] toArray() {
        // copyOf 方法最终调用的是 System.arraycopy 静态方法，并且是个本地方法，无法查看源代码
        return Arrays.copyOf(elementData, size);
    }

    /**
     * Returns an array containing all of the elements in this list in proper
     * sequence (from first to last element); the runtime type of the returned
     * array is that of the specified array.  If the list fits in the
     * specified array, it is returned therein.  Otherwise, a new array is
     * allocated with the runtime type of the specified array and the size of
     * this list.
     * 以适当的顺序（从第一个到最后一个元素）返回一个包含列表中所有元素的数组；
     * 返回数组的运行类型是指定数组的类型。
     * 如果列表适合指定的数组，则返回到指定数组中（指定数组长度和列表 size 大小相等）
     * 否则一个以指定数组的类型为运行类型，大小为列表 size 的新数组将被分配
     * 
     * 
If the list fits in the specified array with room to spare
     * (i.e., the array has more elements than the list), the element in
     * the array immediately following the end of the collection is set to
     * null.  (This is useful in determining the length of the
     * list only if the caller knows that the list does not contain
     * any null elements.)
     * 如果列表适合指定的数组并且还有剩余空间（即指定数组比列表有更多的元素），在数组中紧跟集合末尾的元素被设置为 null。（仅当调用者知道列表中不包含任何 null 元素，在决定列表长度时才是有用的）
     *
     * @param a the array into which the elements of the list are to
     *          be stored, if it is big enough; otherwise, a new array of the
     *          same runtime type is allocated for this purpose.
     * a 参数是一个用来存储列表元素的数组，前提是这个数组足够大；否则，一个以转换目的和指定数组相同类型的数组将会被分配
     * @return an array containing the elements of the list
     * 返回值为包含列表元素的数组
     * @throws ArrayStoreException if the runtime type of the specified array
     *         is not a supertype of the runtime type of every element in
     *         this list
     * 抛出 ArrayStoreException 异常，如果指定数组的类型不是列表元素类型的超类型
     * @throws NullPointerException if the specified array is null
     * 抛出 NullPointerException 异常，如果指定的数组是 null
     */
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public  T[] toArray(T[] a) {
        // 如果指定的数组长度小于 size，返回一个以列表元素填充的新数组
        if (a.length < size)
            // Make a new array of a"s runtime type, but my contents:
            return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());
        // 数组拷贝，System.arraycopy 方法为本地方法
        System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);
        // 如果指定数组长度大于 size，超过列表 size 的部分赋值为 null
        if (a.length > size)
            a[size] = null;
        // 再将填充后指定的数组返回
        return a;
    }

    // Positional Access Operations
    // 按位置访问操作（方法）
    @SuppressWarnings("unchecked")
    E elementData(int index) {
        return (E) elementData[index];
    }

    /**
     * Returns the element at the specified position in this list.
     * 返回列表中的指定位置的元素
     * 
     * @param  index index of the element to return
     * index 参数为要返回元素的下标
     * @return the element at the specified position in this list
     * 返回值为列表中指定位置的元素
     * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
     * 抛出 IndexOutOfBoundsException 异常
     */
    public E get(int index) {
        // 边界检查
        rangeCheck(index);

        return elementData(index);
    }

    /**
     * Replaces the element at the specified position in this list with
     * the specified element.
     * 用指定元素替换列表中指定位置的元素值
     *
     * @param index index of the element to replace
     * index 参数为要替换的元素的下标
     * @param element element to be stored at the specified position
     * element 参数为要存储到指定位置的元素值
     * @return the element previously at the specified position
     * 返回值为先前指定位置的旧元素值
     * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
     * 抛出 IndexOutOfBoundsException 异常
     */
    public E set(int index, E element) {
        // 边界检查
        rangeCheck(index);
        // 保存旧值
        E oldValue = elementData(index);
        // 替换成新值
        elementData[index] = element;
        // 返回旧值
        return oldValue;
    }

    /**
     * Appends the specified element to the end of this list.
     * 添加指定元素到列表末尾
     * 
     * @param e element to be appended to this list
     * e 参数为要添加到列表的元素
     * @return true (as specified by {@link Collection#add})
     * 返回值为 true（当被指定为集合时）
     */
    public boolean add(E e) {
        // 确保在 ArrayList 实例的 size 基础上加 1，容量仍然充足，扩充是以 elementData 数组长度的 1.5 倍扩的
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        // 这里一行代码实现了两步，一步是 size 加 1，另一步是将 e 添加到 elementData 末尾
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

    /**
     * Inserts the specified element at the specified position in this
     * list. Shifts the element currently at that position (if any) and
     * any subsequent elements to the right (adds one to their indices).
     * 插入指定的值到列表指定的位置。
     * 将当前位置的元素（如果有的话）和任何后续的元素向右移动（将它们的索引加 1）
     *
     * @param index index at which the specified element is to be inserted
     * index 参数为要被插入的指定元素的索引
     * @param element element to be inserted
     * element 参数为要插入的元素
     * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
     * 抛出 IndexOutOfBoundsException 异常
     */
    public void add(int index, E element) {
        // add 方法的边界检查
        rangeCheckForAdd(index);
        // 确保在 ArrayList 实例的 size 基础上加 1，容量仍然充足
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        // 元素向后移动是通过 System.arraycopy 方法实现的
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                         size - index);
        // 数组指定位置赋值
        elementData[index] = element;
        // ArrayList 的 size 要加 1
        size++;
    }

    /**
     * Removes the element at the specified position in this list.
     * Shifts any subsequent elements to the left (subtracts one from their
     * indices).
     * 移除列表指定位置的元素，将后续的元素向左移动（将它们的减 1）
     *
     * @param index the index of the element to be removed
     * @return the element that was removed from the list
     * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
     */
    public E remove(int index) {
        // 边界检查
        rangeCheck(index);

        // 修改次数加 1
        modCount++;
        // 保存旧值
        E oldValue = elementData(index);

        // 计算要移动的元素个数
        int numMoved = size - index - 1;
        if (numMoved > 0)
            // 使用 System.arraycopy 方法实现元素向左移动
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                             numMoved);
        // 一行代码，两步操作，一步是将 size 减 1，另一步是将最后一个元素指向 null，让垃圾回收器清理没有引用的对象
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
        // 返回旧值
        return oldValue;
    }

    /**
     * Removes the first occurrence of the specified element from this list,
     * if it is present.  If the list does not contain the element, it is
     * unchanged.  More formally, removes the element with the lowest index
     * i such that
     * (o==null ? get(i)==null : o.equals(get(i)))
     * (if such an element exists).  Returns true if this list
     * contained the specified element (or equivalently, if this list
     * changed as a result of the call).
     * 移除列表中第一次出现的指定元素，前提是这个元素值存在。
     * 如果列表不包含这个元素，列表不会改变。
     * 
     *
     * @param o element to be removed from this list, if present
     * @return true if this list contained the specified element
     */
    public boolean remove(Object o) {
        // 如果 o 指向 null，遍历 elementData 数组，如果找到了指定元素就删除并返回 true
        if (o == null) {
            for (int index = 0; index < size; index++)
                if (elementData[index] == null) {
                    fastRemove(index);
                    return true;
                }
        } else {
            // 否则，遍历 elementData 数组，使用 equals 方法判断相等，如果找到了指定元素就删除并返回 true
            for (int index = 0; index < size; index++)
                if (o.equals(elementData[index])) {
                    fastRemove(index);
                    return true;
                }
        }
        // 没有找到，返回 false
        return false;
    }

    /*
     * Private remove method that skips bounds checking and does not
     * return the value removed.
     * 私有的删除方法，跳过了边界检查并且不返回删除的值
     */
    private void fastRemove(int index) {
        // 修改次数加 1
        modCount++;
        // 计算要移动的元素的个数
        int numMoved = size - index - 1;
        if (numMoved > 0)
            // 使用 System.arraycopy 方法实现元素向左移动
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                             numMoved);
        // 一行代码，两步操作，一步是将 size 减 1，另一步是将最后一个元素指向 null，让垃圾回收器清理没有引用的对象
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
    }

    /**
     * Removes all of the elements from this list.  The list will
     * be empty after this call returns.
     * 移除列表中的所有元素，列表将会在调用返回后置为空
     */
    public void clear() {
        // 修改次数加 1
        modCount++;

        // clear to let GC do its work
        // elementData 数组中的引用都置为 null，让垃圾回收器清除没有引用的对象
        for (int i = 0; i < size; i++)
            elementData[i] = null;

        size = 0;
    }