Java ArrayList(单列集合)

ArrayList 是 Java 中最常用的一个集合类，它属于 java.util 包。ArrayList 实现了 List 接口，提供了动态数组的功能。与普通数组不同，ArrayList 在元素增删时会自动调整大小，因此它的大小是可变的。

1. ArrayList 的基本特性

• 动态大小：ArrayList 会根据需要自动扩展或收缩其大小，避免了固定大小数组的限制。
• 索引访问：ArrayList 允许通过索引访问元素，支持快速随机访问。
• 存储类型：它可以存储任何类型的对象（包括自定义对象），但不支持原始数据类型（如 int、char），只能存储它们的包装类（如 Integer、Character）。

2. ArrayList 的构造方法

ArrayList 提供了几种构造方法：

2.1默认构造方法：

创建一个初始容量为 10 的空列表。

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

2.2 指定初始容量：

创建一个指定初始容量的空列表。如果你预估会存储大量元素，指定初始容量可以避免多次扩展。

ArrayList<String> list = new ArrayList<>(20);

2.3 从集合创建：

可以通过另一个 Collection（如 List、Set）来创建一个新的 ArrayList。

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

3. ArrayList 的常用方法

3.1 添加元素

• add(E e)：将元素添加到列表的末尾。

ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Apple");
list.add("Banana");

• add(int index, E element)：在指定位置插入元素，后续元素会向右移动。

list.add(1, "Orange");  // 在索引 1 处插入 "Orange"

3.2 获取元素

• get(int index)：获取指定位置的元素。

String fruit = list.get(0);  // 获取索引 0 位置的元素，返回 "Apple"

3.3 修改元素

• set(int index, E element)：将指定位置的元素替换为新的元素。

list.set(1, "Grapes");  // 将索引 1 处的元素替换为 "Grapes"

3.4 删除元素

• remove(int index)：移除指定位置的元素。

list.remove(1);  // 移除索引 1 处的元素（"Banana"）

• remove(Object o)：移除首次出现的指定元素。

list.remove("Apple");  // 移除 "Apple"

3.5 查询元素

• contains(Object o)：检查列表中是否包含指定元素。

boolean containsApple = list.contains("Apple");  // 返回 true 或 false

• indexOf(Object o)：返回指定元素首次出现的位置。如果元素不存在，返回 -1。

int index = list.indexOf("Grapes");  // 返回索引位置，若无则返回 -1

3.6 获取列表大小

• size()：返回列表中元素的数量。

int size = list.size();  // 返回元素个数

3.7 清空列表

• clear()：移除所有元素，列表变为空。

list.clear();  // 清空列表

3.8 检查列表是否为空

• isEmpty()：判断列表是否为空。

boolean isEmpty = list.isEmpty();  // 返回 true 或 false

4. ArrayList 的性能特点

• 访问性能：ArrayList 支持 O(1) 的随机访问，可以通过索引快速获取元素。
• 插入和删除性能：

在列表的末尾插入元素是 O(1) 时间复杂度。
在列表的中间或开头插入或删除元素是 O(n) 时间复杂度，因为需要移动元素。

• 内存管理：当 ArrayList 的容量超过当前大小时，它会自动扩展，通常扩展为原容量的 1.5 倍左右。因此，ArrayList
  比固定大小的数组要灵活，但也可能会因为多次扩展而浪费内存。

5. ArrayList 与其他 List 实现类的对比

ArrayList 是实现 List 接口的最常见类之一，但它与其他实现类如 LinkedList 有一些区别：

• ArrayList：基于数组实现，适合于频繁访问元素的情况（O(1) 时间复杂度）。但是在插入和删除时，特别是在中间或开头进行操作时，性能较差（O(n) 时间复杂度）。
• LinkedList：基于双向链表实现，适合于频繁插入和删除的情况。访问元素的时间复杂度是
  O(n)，但是插入和删除操作相对更高效（O(1) 时间复杂度）。

6. 常见的使用场景

• 动态数组：当你需要一个能够动态增长的数组，并且频繁进行随机访问时，ArrayList 是一个理想的选择。
• 内存空间较大时：ArrayList 会动态调整其容量，适合存储元素数量较多的场景。
• 访问元素频繁：因为 ArrayList 支持 O(1) 的随机访问，所以在频繁访问元素时，它的性能比较好。

7. ArrayList 的扩容机制

当 ArrayList 需要扩容时，它会创建一个新的数组，容量为原数组的 1.5 倍，然后将原数组的内容复制到新数组中。因此，如果频繁添加元素到 ArrayList 中，可以提前指定一个合适的初始容量来避免不必要的扩容操作。

8. 总结

• ArrayList 是一个灵活且常用的动态数组实现，适合需要频繁随机访问元素的场景。
• 它提供了丰富的操作方法来添加、删除、修改和查询元素。
• ArrayList 不是线程安全的，在多线程环境中需要额外的同步处理。
• 与其他 List 实现类（如 LinkedList）相比，ArrayList
  更适合用于频繁访问元素的场景，但插入和删除效率较低，尤其是在中间部分。