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Java集合框架之数组列表（ArrayList）

article 2024/11/13 18:53:22

数组列表（ArrayList）是List接口的一个可变大小的数组实现，它是我们在日常开发中经常使用的数据结构之一。

一、ArrayList概述

ArrayList类位于java.util包中，是一个动态数组的实现。它允许我们在运行时动态地增加或减少元素，并且可以包含重复的元素。ArrayList基于数组实现，因此它拥有数组访问速度快的特点，但是在插入和删除元素时可能会涉及到数组的复制操作，因此在这些操作上的性能会比链表（LinkedList）差一些。

二、ArrayList的特点

动态大小：ArrayList的大小可以动态地变化，可以在运行时增加或减少元素。
有序性：ArrayList中的元素是有序的，即元素的存储顺序与插入顺序一致。
允许重复：ArrayList允许存储重复的元素。
访问速度快：由于ArrayList是基于数组实现的，因此它在随机访问元素时具有非常高的效率。

三、ArrayList的基本操作

创建ArrayList

import java.util.ArrayList;

ArrayList<String> list = new ArrayList<>();

添加元素

list.add("A");
list.add("B");
list.add("C");

也可以在指定位置添加元素：

list.add(1, "D"); // 在索引1的位置插入元素"D"

访问元素

String element = list.get(0); // 获取索引0位置的元素

修改元素

String element = list.get(0); // 获取索引0位置的元素

删除元素

按值删除：

list.remove("A"); // 删除第一个值为"A"的元素

按索引删除：

list.remove(0); // 删除索引0位置的元素

获取元素个数

int size = list.size(); // 获取ArrayList中的元素个数

遍历ArrayList

使用for-each循环：

for (String s : list) {
    System.out.println(s);
}

使用迭代器（Iterator）：

Iterator<String> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    System.out.println(iterator.next());
}

转换为数组

String[] array = list.toArray(new String[0]);

四、ArrayList的底层实现

ArrayList是基于数组实现的，内部维护了一个Object类型的数组elementData。当创建ArrayList实例时，会初始化一个空的数组。当添加元素时，如果数组已满，则会自动扩容，创建一个更大的数组，并将原有数组中的元素复制到新数组中。扩容的大小通常是容量增加50%，但如果原数组大小非常大，则可能只会增加一定的固定值。

    /**
     * Increases the capacity to ensure that it can hold at least the
     * number of elements specified by the minimum capacity argument.
     *
     * @param minCapacity the desired minimum capacity
     */
    private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
    }

五、ArrayList的线程安全性

ArrayList是非线程安全的，即如果在多线程环境下对同一个ArrayList实例进行并发操作，可能会导致数据不一致的问题。如果需要线程安全的列表，可以使用Vector（尽管Vector是线程安全的，但由于其性能较差，不推荐在高并发场景下使用），或者使用Collections.synchronizedList方法将ArrayList包装成线程安全的列表，或者使用Java 5引入的CopyOnWriteArrayList。

六、总结

ArrayList是Java集合框架中的一个重要类，它提供了动态数组的功能，使得我们可以在运行时灵活地增加或减少元素。虽然ArrayList在插入和删除元素时可能涉及到数组的复制操作，但由于其基于数组实现，因此在随机访问元素时具有非常高的效率。在使用ArrayList时，需要注意其线程安全性问题，如果需要在多线程环境下使用，需要采取适当的措施来保证线程安全。

希望这篇博客能帮助你更好地理解Java集合框架中的ArrayList，如果你有任何问题或建议，欢迎留言交流！

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