Collection集合框架

概述
Collection接口是集合类的根接口，Java中没有提供这个接口的直接的实现类。但是却让其被继承产生了两个接口，就是Set和List。Set中不能包含重复的元素。List是一个有序的集合，可以包含重复的元素，提供了按索引访问的方式。

1.Set（无序、不可重复）
Set集合类似于一个罐子，"丢进"Set集合里的多个对象之间没有明显的顺序。Set继承自Collection接口，不能包含有重复元素。
Set判断两个对象相同不是使用"=="运算符，而是根据equals方法。也就是说，我们在加入一个新元素的时候，如果这个新元素对象和Set中已有对象进行equals比较都返回false，则Set就会接受这个新元素对象，否则拒绝。
如果希望遍历Set集合中的元素只能调用其iterator方法，通过返回的Iterator对象来完成。
1.1 HashSet
HashSet是底层通过HashMap实现,为快速查找设计的Set。
存入HashSet的对象必须定hashCode()，HashSet使用HASH算法来存储集合中的元素，因此具有良好的存取和查找性能。当向HashSet集合中存入一个元素时，HashSet会调用该对象的hashCode()方法来得到该对象的hashCode值，然后根据该HashCode值决定该对象在HashSet中的存储位置。
值得注意的是，HashSet集合判断两个元素相等的标准是两个对象通过equals()方法比较相等，并且两个对象的hashCode()方法的返回值相等
1.2 TreeSet
TreeSet是依靠TreeMap来实现的。 
TreeSet集合底层数据结构是红黑树（自平衡二叉查找树）。
TreeSet的本质是一个”有序的，并且没有重复元素”的集合，而且支持自定义排序。
2.List（有序、可重复）
        List集合代表一个元素有序、可重复的集合，集合中每个元素都有其对应的顺序索引。List集合允许加入重复元素，因为它可以通过索引来访问指定位置的集合元素。List集合默认按元素的添加顺序设置元素的索引

2.1 LinkedList
概括的说，LinkedList 是线程不安全的，允许元素为null的双向链表。 
因其底层数据结构是链表，所以可想而知，它的增删只需要移动指针即可，故时间效率较高。不需要批量扩容，也不需要预留空间，所以空间效率比ArrayList高。
缺点就是需要随机访问元素时，时间效率很低，虽然底层在根据下标查询Node的时候，会根据index判断目标Node在前半段还是后半段，然后决定是顺序还是逆序查询，以提升时间效率。不过随着n的增大，总体时间效率依然很低。
构造方法

//集合元素数量
transient int size = 0;
//链表头节点
transient Node<E> first;
//链表尾节点
transient Node<E> last;
//啥都不干
public LinkedList() {
}
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
     this();
     addAll(c);
}

对比JDK1.6构造方法

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是双向循环链表，在这之后，因为不再使用header节点，所以默认构造方法什么也不做，first和last会被默认初始化为null。

节点Node结构

private static class Node<E> {
    E item;//元素值
    Node<E> next;//后置节点
    Node<E> prev;//前置节点

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

增加
1 addAll

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

    Object[] a = c.toArray();//拿到目标集合数组
    int numNew = a.length;//新增元素的数量
    if (numNew == 0)//如果新增元素数量为0，则不增加，并返回false
        return false;

    Node<E> pred, succ;  //index节点的前置节点，后置节点
    if (index == size) { //在链表尾部追加数据
        succ = null;  //size节点（队尾）的后置节点一定是null
        pred = last;//前置节点是队尾
    } else {
        succ = node(index);//取出index节点，作为后置节点
        pred = succ.prev; //前置节点是，index节点的前一个节点
    }
   
    for (Object o : a) {//遍历要添加的节点。
        @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
        Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);//以前置节点 和 元素值e，构建new一个新节点，
        if (pred == null) //如果前置节点是空，说明是头结点
            first = newNode;
        else//否则 前置节点的后置节点设置为新节点
            pred.next = newNode;
        pred = newNode;//步进，当前的节点为前置节点了，为下次添加节点做准备
    }

    if (succ == null) {//循环结束后，判断，如果后置节点是null。 说明此时是在队尾append的。
        last = pred; //则设置尾节点
    } else {
        pred.next = succ; // 否则是在队中插入的节点 ，更新前置节点 后置节点
        succ.prev = pred; //更新后置节点的前置节点
    }

    size += numNew;  // 修改数量size
    modCount++;  //修改modCount
    return true;
}
//根据index 查询出Node，
Node<E> node(int index) {
    // assert isElementIndex(index);
//通过下标获取某个node 的时候，（增、查 ），会根据index处于前半段还是后半段 进行一个折半，以提升查询效率
    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;  //插入时的检查，下标可以是size [0,size]
}

小结：

为什么添加新节点只是让前一个节点的next指向新节点？
链表批量增加，是靠for循环遍历原数组，依次执行插入节点操作。
通过下标获取某个node 的时候，并不是只能从头到尾查询，因为同时存储了头节点和尾节点，会根据index处于前半段还是后半段进行一个折半查找，以提升查询效率
2 插入单个节点add
//在尾部插入一个节点： add

public boolean add(E e) {
    linkLast(e);
    return true;
}
    //在指定下标，index处，插入一个节点
    public void add(int index, E element) {
        checkPositionIndex(index);//检查下标是否越界[0,size]
        if (index == size)//在尾节点后插入
            linkLast(element);
        else//在中间插入
            linkBefore(element, node(index));
    }


//生成新节点 并插入到 链表尾部， 更新 last/first 节点。
void linkLast(E e) { 
    final Node<E> l = last; //记录原尾部节点
    final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);//以原尾部节点为新节点的前置节点
    last = newNode;//更新尾部节点
    if (l == null)//若原链表为空链表，需要额外更新头结点
        first = newNode;
    else//否则更新原尾节点的后置节点为现在的尾节点（新节点）
        l.next = newNode;
    size++;//修改size
    modCount++;//修改modCount
}
   
    //在succ节点前，插入一个新节点e
    void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
        // assert succ != null;
        //保存后置节点的前置节点
        final Node<E> pred = succ.prev;
        //以前置和后置节点和元素值e 构建一个新节点
        final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
        //新节点new是原节点succ的前置节点
        succ.prev = newNode;
        if (pred == null)//如果之前的前置节点是空，说明succ是原头结点。所以新节点是现在的头结点
            first = newNode;
        else//否则构建前置节点的后置节点为new
            pred.next = newNode;
        size++;//修改数量
        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++;
    }
删除
    //删：remove目标节点
    public E remove(int index) {
        checkElementIndex(index);//检查是否越界 下标[0,size)
        return unlink(node(index));//从链表上删除某节点
    }

    //删： 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;
    }


    //从链表上删除x节点
    E unlink(Node<E> x) {
    // assert x != null;
    final E element = x.item; //当前节点的元素值
    final Node<E> next = x.next; //当前节点的后置节点
    final Node<E> prev = x.prev;//当前节点的前置节点

    if (prev == null) { //如果前置节点为空(说明当前节点原本是头结点)
        first = next;  //则头结点等于后置节点 
    } else { 
        prev.next = next;
        x.prev = null; //将当前节点的 前置节点置空
    }

    if (next == null) {//如果后置节点为空（说明当前节点原本是尾节点）
        last = prev; //则 尾节点为前置节点
    } else {
        next.prev = prev;
        x.next = null;//将当前节点的 后置节点置空
    }

    x.item = null; //将当前元素值置空
    size--; //修改数量
    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));
    }
    //下标[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;
    }
修改
public E set(int index, E element) {
    checkElementIndex(index); //检查越界[0,size)
    Node<E> x = node(index);//取出对应的Node
    E oldVal = x.item;//保存旧值 供返回
    x.item = element;//用新值覆盖旧值
    return oldVal;//返回旧值
}
改也是先根据index找到Node，然后替换值，改不修改modCount

查找
//根据index查询节点

public E get(int index) {
    checkElementIndex(index);//判断是否越界 [0,size)
    return node(index).item; //调用node()方法 取出 Node节点，
}
//根据节点对象，查询下标

    public int indexOf(Object o) {
        int index = 0;
        if (o == null) {//如果目标对象是null
        //遍历链表
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (x.item == null)
                    return index;
                index++;
            }
        } else {////遍历链表
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (o.equals(x.item))
                    return index;
                index++;
            }
        }
        return -1;
    }
从尾至头遍历链表，找到目标元素值为o的节点

    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 一个新数组 然后遍历链表，将每个元素存在数组里，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;
    }
队列操作
   //返回头结点，但不删除
   public E peek() {
       final Node<E> f = first;
       return (f == null) ? null : f.item;
   }

   //返回头结点，但不删除
   public E element() {
       return getFirst();
   }

   //返回头结点并移除
   public E poll() {
       final Node<E> f = first;
       return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
   }

   //删除头结点并返回
   public E remove() {
       return removeFirst();
   }

   //添加指定元素在集合末尾
   public boolean offer(E e) {
       return add(e);
   }
双端队列操作
   //在集合头部插入元素
   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;
   }

   //得到集合第一个元素
   public E peekFirst() {
       final Node<E> f = first;
       return (f == null) ? null : f.item;
   }

   //得到集合最后一个元素但不删除
   public E peekLast() {
       final Node<E> l = last;
       return (l == null) ? null : l.item;
   }

   //得到并移除第一个元素
   public E pollFirst() {
       final Node<E> f = first;
       return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
   }

   //得到并移除最后一个元素
   public E pollLast() {
       final Node<E> l = last;
       return (l == null) ? null : unlinkLast(l);
   }

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

   //得到并删除第一个元素 ，如果为空抛出异常
   public E pop() {
       return removeFirst();
   }
迭代器操作
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);
    }

从上面可以看到三者的关系是iterator()——>listIterator(0)——>listIterator(int index)。最终都会调用listIterator(int index)方法，其中参数表示迭代器开始的位置。ListIterator是一个可以指定任意位置开始迭代，并且有两个遍历方法。下面直接看ListItr的实现：

 private class ListItr implements ListIterator<E> {
    private Node<E> lastReturned;
    private Node<E> next;
    private int nextIndex;
    private int expectedModCount = modCount;//保存当前modCount，确保fail-fast机制

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

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

    //获取下一个节点
    public E next() {
        checkForComodification();
        if (!hasNext())
            throw new NoSuchElementException();

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

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

    //获取前一个节点，将next节点向前移
    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++;
    }
}

在ListIterator的构造器中，得到了当前位置的节点，就是变量next。next()方法返回当前节点的值并将next指向其后继节点，previous()方法返回当前节点的前一个节点的值并将next节点指向其前驱节点。由于Node是一个双端节点，所以这儿用了一个节点就可以实现从前向后迭代和从后向前迭代。另外在ListIterator初始时，exceptedModCount保存了当前的modCount，如果在迭代期间，有操作改变了链表的底层结构，那么再操作迭代器的方法时将会抛出ConcurrentModificationException。

其他

public boolean contains(Object o) {
        return indexOf(o) != -1;
    }
   //返回一个浅拷贝LinkedList对象
   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;
   }

   private LinkedList<E> superClone() {
        try {
            return (LinkedList<E>) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            throw new InternalError(e);
        }
    }
    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++;
    }

2.2 ArrayList
ArrayList 是一个动态数组，它是线程不安全的，允许元素为null。
因其底层数据结构是数组，所以可想而知，它是占据一块连续的内存空间（容量就是数组的length），所以它也有数组的缺点，空间效率不高。由于数组的内存连续，可以根据下标以O(1)的时间读写(改查)元素，因此时间效率很高。
当集合中的元素超出这个容量，便会进行扩容操作。扩容操作也是ArrayList 的一个性能消耗比较大的地方，所以若我们可以提前预知数据的规模，应该通过public ArrayList(int initialCapacity) {}构造方法，指定集合的大小，去构建ArrayList实例，以减少扩容次数，提高效率。或者在需要扩容的时候，手动调用public void ensureCapacity(int minCapacity) {}方法扩容。
构造方法

//默认构造函数里的空数组
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    //存储集合元素的底层实现：真正存放元素的数组
    transient Object[] elementData; 
    //当前元素数量
    private int size;

    //默认构造方法
    public ArrayList() {
        //默认构造方法只是简单的将 空数组赋值给了elementData
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

    //空数组
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    //带初始容量的构造方法
    public ArrayList(int initialCapacity) {
        //如果初始容量大于0，则新建一个长度为initialCapacity的Object数组.
        //注意这里并没有修改size(对比第三个构造函数)
        if (initialCapacity > 0) {
            this.elementData = new Object[initialCapacity];
        } else if (initialCapacity == 0) {//如果容量为0，直接将EMPTY_ELEMENTDATA赋值给elementData
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        } else {//容量小于0，直接抛出异常
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        }
    }

    //利用别的集合类来构建ArrayList的构造函数
    public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
        //直接利用Collection.toArray()方法得到一个对象数组，并赋值给elementData 
        elementData = c.toArray();
        //因为size代表的是集合元素数量，所以通过别的集合来构造ArrayList时，要给size赋值
        if ((size = elementData.length) != 0) {
            // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
            if (elementData.getClass() != Object[].class)//这里是当c.toArray出错，没有返回Object[]时，利用Arrays.copyOf 来复制集合c中的元素到elementData数组中
                elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
        } else {
            //如果集合c元素数量为0，则将空数组EMPTY_ELEMENTDATA赋值给elementData 
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        }
    }
   public Object[] toArray() {
        return Arrays.copyOf(elementData, size);
    }

常用API
1 增加
每次 add之前，都会判断add后的容量，是否需要扩容。

public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);
    elementData[size++] = e;//在数组末尾追加一个元素，并修改size
    return true;
}
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;//默认扩容容量 10
    
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    //利用 == 可以判断数组是否是用默认构造函数初始化的
    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);
}

//需要扩容的话，默认扩容一半
private void grow(int minCapacity) {

    int oldCapacity = elementData.length;
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);//默认扩容一半
    if (newCapacity - minCapacity < 0)//如果还不够，那么就用 能容纳的最小的数量。（add后的容量）
        newCapacity = minCapacity;
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) //若newCapacity 大于最大存储容量，则进行大容量分配
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);

    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);//拷贝，扩容，构建一个新数组，
}

//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); //确认是否需要扩容
    System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);// 复制数组完成复制
    size += numNew;
    return numNew != 0;
}
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
    rangeCheckForAdd(index);//越界判断

    Object[] a = c.toArray();
    int numNew = a.length;
    ensureCapacityInternal(size + numNew);//确认是否需要扩容

    int numMoved = size - index;
    if (numMoved > 0)
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,
                         numMoved);//移动（复制)数组

    System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);//复制数组完成批量赋值
    size += numNew;
    return numNew != 0;
}

     add、addAll
     先判断是否越界，是否需要扩容，如果扩容， 就复制数组，然后设置对应下标元素值。

    值得注意的是：

 如果需要扩容的话，默认扩容一半。如果扩容一半不够，就用目标的size作为扩容后的容量。在扩容成功后，会修改modCount。
扩容操作会导致数组复制，批量删除会导致找出两个集合的交集，以及数组复制操作，因此，增、删都相对低效。 而 改、查都是很高效的操作。
Vector的内部也是数组做的，区别在于Vector在API上都加了synchronized所以它是线程安全的，以及Vector扩容时，是翻倍size，而ArrayList是扩容50%。
2 删除

public E remove(int index) {
    rangeCheck(index);//判断是否越界
    modCount++;//修改modeCount 因为结构改变了
    E oldValue = elementData(index);//读出要删除的值
    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                         numMoved);//用复制 覆盖数组数据
    elementData[--size] = null;//置空原尾部数据 不再强引用
    return oldValue;
}
    //根据下标从数组取值 并强转
    E elementData(int index) {
        return (E) elementData[index];
    }
//删除该元素在数组中第一次出现的位置上的数据。 如果有该元素返回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);//根据index删除元素
                return true;
            }
    } else {
        for (int index = 0; index < size; index++)
            if (o.equals(elementData[index])) {
                fastRemove(index);
                return true;
            }
    }
    return false;
}
//不会越界 不用判断 ，也不需要取出该元素。
private void fastRemove(int index) {
    modCount++;//修改modCount
    int numMoved = size - index - 1;//计算要移动的元素数量
    if (numMoved > 0)
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                         numMoved);//以复制覆盖元素 完成删除
    elementData[--size] = null;//置空 不再强引用
}
//批量删除
public boolean removeAll(Collection<?> c) {
    Objects.requireNonNull(c);//判空
    return batchRemove(c, false);
}
//批量移动
private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement) {
    final Object[] elementData = this.elementData;
    int r = 0, w = 0;//w 代表批量删除后 数组还剩多少元素
    boolean modified = false;
    try {
      
        for (; r < size; r++)
            if (c.contains(elementData[r]) == complement) // 如果c里不包含当前下标元素， 
                elementData[w++] = elementData[r];//则保留
    } finally {
    
        if (r != size) { //出现异常会导致 r !=size , 则将出现异常处后面的数据全部复制覆盖到数组里。
            System.arraycopy(elementData, r,
                             elementData, w,
                             size - r);
            w += size - r;//修改 w数量
        }
        if (w != size) {//置空数组后面的元素
           
            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，当用来作为删除元素的集合里的元素多余被删除集合时，也没事，只会删除它们共同拥有的元素。

小结：
删除操作一定会修改modCount，且可能涉及到数组的复制，相对低效。

3 修改
不会修改modCount，相对增删是高效的操作。

public E set(int index, E element) {
    rangeCheck(index);//越界检查
    E oldValue = elementData(index); //取出元素 
    elementData[index] = element;//覆盖元素
    return oldValue;//返回元素
}

4 查询
不会修改modCount，相对增删是高效的操作。

public E get(int index) {
    rangeCheck(index);//越界检查
    return elementData(index); //下标取数据
}
E elementData(int index) {
    return (E) elementData[index];
}

5 清空 clear
会修改modCount。

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

    size = 0; //修改size 
}

6 包含 contain

//普通的for循环寻找值，只不过会根据目标对象是否为null分别循环查找。
public boolean contains(Object o) {
    return indexOf(o) >= 0;
}

//普通的for循环寻找值，只不过会根据目标对象是否为null分别循环查找。
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 迭代器 Iterator.

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

private class Itr implements Iterator<E> {
    int cursor;       // 要返回的下一个元素的索引,默认是0
    int lastRet = -1; //上一次返回的元素 (删除的标志位)
    int expectedModCount = modCount; //用于判断集合是否修改过结构的标志

    public boolean hasNext() {
        return cursor != size;//游标是否移动至尾部
    }

    @SuppressWarnings("unchecked")
    public E next() {
        checkForComodification();
        int i = cursor;
        if (i >= size)//判断是否越界
            throw new NoSuchElementException();
        Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
        if (i >= elementData.length)//再次判断是否越界，在 我们这里的操作时，有异步线程修改了List
            throw new ConcurrentModificationException();
        cursor = i + 1;//游标+1
        return (E) elementData[lastRet = i];//返回元素 ，并设置上一次返回的元素的下标
    }

    public void remove() {//remove 掉 上一次next的元素
        if (lastRet < 0)//先判断是否next过
            throw new IllegalStateException();
        checkForComodification();//判断是否修改过

        try {
            ArrayList.this.remove(lastRet);//删除元素 remove方法内会修改 modCount 所以后面要更新Iterator里的这个标志值
            cursor = lastRet; //要删除的游标
            lastRet = -1; //不能重复删除 所以修改删除的标志位
            expectedModCount = modCount;//更新 判断集合是否修改的标志，
        } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
            throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }
//判断是否修改过了List的结构，如果有修改，抛出异常
    final void checkForComodification() {
        if (modCount != expectedModCount)
            throw new ConcurrentModificationException();
    }
}

总结
 ArrayList和Vector
vector是线程同步的，所以它也是线程安全的，而arraylist是线程异步的，是不安全的。如果不考虑到线程的安全因素，一般用arraylist效率比较高。
如果集合中的元素的数目大于目前集合数组的长度时，vector增长率为目前数组长度的100%，而arraylist增长率为目前数组长度的50%。如果在集合中使用数据量比较大的数据，用vector有一定的优势。
如果查找一个指定位置的数据，vector和arraylist使用的时间是相同的，如果频繁的访问数据，这个时候使用vector和arraylist都可以。而如果移动一个指定位置会导致后面的元素都发生移动，这个时候就应该考虑到使用linklist,因为它移动一个指定位置的数据时其它元素不移动。
ArrayList 和Vector是采用数组方式存储数据，此数组元素数大于实际存储的数据以便增加和插入元素，都允许直接序号索引元素，但是插入数据要涉及到数组元素移动等内存操作，所以索引数据快，插入数据慢，Vector由于使用了synchronized方法（线程安全）所以性能上比ArrayList要差，LinkedList使用双向链表实现存储，按序号索引数据需要进行向前或向后遍历，但是插入数据时只需要记录本项的前后项即可，所以插入数度较快。
 ArrayList和LinkedList
ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构，LinkedList基于链表的数据结构。
对于随机访问get和set，ArrayList优于LinkedList，因为LinkedList要移动指针。
对于新增和删除操作add和remove，LinedList比较占优势，因为ArrayList要移动数据。 这一点要看实际情况的。若只对单条数据插入或删除，ArrayList的速度反而优于LinkedList。但若是批量随机的插入删除数据，LinkedList的速度大大优于ArrayList. 因为ArrayList每插入一条数据，要移动插入点及之后的所有数据。