ArrayList

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于 2025-08-05 17:45:11 首次发布

ArrayList 的使用方法

ArrayList 是 Java 集合框架中 List 接口的一个实现类，它基于动态数组实现，允许存储重复元素，并保持元素的插入顺序。其主要特性包括：

动态扩容：当向 ArrayList 中添加的元素数量超过当前数组容量时，会自动进行扩容操作，以容纳更多元素。
随机访问：由于底层是数组结构，支持通过索引快速访问元素。
灵活性：可以存储任意类型的对象（包括基本数据类型的包装类），并且支持泛型。

常见操作示例

以下是一些常见的 ArrayList 操作示例：

import java.util.ArrayList;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个ArrayList实例
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();

        // 添加元素
        list.add("Apple");
        list.add("Banana");
        list.add("Orange");

        // 插入元素到指定位置
        list.add(1, "Grape");

        // 获取指定位置的元素
        String fruit = list.get(2);

        // 修改指定位置的元素
        list.set(0, "Peach");

        // 删除指定位置的元素
        list.remove(3);

        // 遍历ArrayList
        for (String item : list) {
            System.out.println(item);
        }

        // 获取ArrayList大小
        int size = list.size();

        // 判断是否包含某个元素
        boolean contains = list.contains("Banana");

        // 清空ArrayList
        list.clear();
    }
}

ArrayList 的原理详解

ArrayList 底层使用数组实现，但它并不是一个固定大小的数组，而是可以根据需要动态调整大小的数组。其核心原理包括以下几个方面：

动态扩容机制

当向 ArrayList 中添加元素时，如果当前数组容量不足以容纳新的元素，就会触发扩容操作。具体来说，ArrayList 会创建一个新的数组，其长度通常是原数组长度的 1.5 倍（即 oldCapacity + (oldCapacity >> 1)），然后将原数组中的元素复制到新数组中，并更新 elementData 引用指向新数组。

这一过程发生在 ensureCapacityInternal() 方法中：

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    if (elementData == EMPTY_ELEMENTDATA) {
        minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }
    ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}

线程安全性

ArrayList 是非线程安全的，这意味着在多线程环境下，如果多个线程同时对 ArrayList 进行修改操作，可能会导致并发修改异常（ConcurrentModificationException）。因此，在多线程环境中使用 ArrayList 时需要注意同步问题。

如果需要线程安全的 List 实现，可以考虑使用 Collections.synchronizedList() 方法包装 ArrayList，或者使用 CopyOnWriteArrayList。后者在每次写操作时都会复制整个数组，从而避免并发修改异常，适用于以读为主、写为辅的场景。

性能特点

插入和删除：由于 ArrayList 底层是数组结构，插入和删除操作可能需要移动大量元素，因此在中间位置插入或删除元素的时间复杂度为 O(n)。
查找和访问：可以通过索引直接访问元素，时间复杂度为 O(1)。
扩容开销：虽然 ArrayList 支持自动扩容，但频繁的扩容操作可能会带来一定的性能开销。为了避免频繁扩容，可以在初始化时预估集合大小并设置初始容量。

排序功能

ArrayList 提供了便捷的排序功能，可以通过 Collections.sort() 方法对其进行排序。例如：

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;

public class SortArrayListAscendingDescending {
    private ArrayList<Integer> list;

    public SortArrayListAscendingDescending() {
        list = new ArrayList<>();
        list.add(5);
        list.add(2);
        list.add(8);
        list.add(1);
    }

    public void sortAscending() {
        Collections.sort(list); // 对ArrayList进行升序排序
    }

    public void sortDescending() {
        Collections.sort(list, Collections.reverseOrder()); // 对ArrayList进行降序排序
    }

    public static void main(String[] args) {
        SortArrayListAscendingDescending sorter = new SortArrayListAscendingDescending();
        sorter.sortAscending();
        System.out.println("升序排序：" + sorter.list);
        sorter.sortDescending();
        System.out.println("降序排序：" + sorter.list);
    }
}