ArrayList 介绍

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原创最新推荐文章于 2026-03-13 22:07:21 发布 239 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

ArrayList 简单介绍大家好，我是IT修真院北京分院第27期的JAVA学员，一枚正直纯洁善良的java程序员。今天给大家分享一下，修真院官网Java任务10，深度思考中的知识点———ArrayList 简单介绍 1.背景介绍概括的说，ArrayList 是一个动态数组，它是线程不安全的，允许元素为null。其底层数据结构依然是数组，它实现了List<E>, RandomAccess, C... 阅读详情

这里是修真院后端小课堂，每篇分享文从

【背景介绍】【知识剖析】【常见问题】【解决方案】【编码实战】【扩展思考】【更多讨论】【参考文献】

八个方面深度解析后端知识/技能，本篇分享的是：

【ArrayList 简单介绍】

大家好，我是IT修真院北京分院第27期的JAVA学员，一枚正直纯洁善良的java程序员。

今天给大家分享一下，修真院官网Java任务10，深度思考中的知识点———ArrayList 简单介绍

1.背景介绍

概括的说，ArrayList 是一个动态数组，它是线程不安全的，允许元素为null。
其底层数据结构依然是数组，它实现了List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable接口，其中RandomAccess代表了其拥有随机快速访问的能力，ArrayList可以以O(1)的时间复杂度去根据下标访问元素。

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O1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。
不过该方法是ArrayList的API，不是List接口里的，所以使用时需要强转:
((ArrayList)list).ensureCapacity(30);

当每次修改结构时，增加导致扩容，或者删，都会修改modCount。

2.知识剖析

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; // non-private to simplify nested class access
//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 
        // replace with empty array.
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
}

小结一下，构造函数走完之后，会构建出数组elementData和数量size。

这里大家要注意一下Collection.toArray()这个方法，在Collection子类各大集合的源码中，高频使用了这个方法去获得某Collection的所有元素。

关于方法：Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class)，就是根据class的类型来决定是new 还是反射去构造一个泛型数组，同时利用native函数，批量赋值元素至新数组中。
如下：

public static <T,U> T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class<? extends T[]> newType) {
    @SuppressWarnings("unchecked")
    //根据class的类型来决定是new 还是反射去构造一个泛型数组
    T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class)
        ? (T[]) new Object[newLength]
        : (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength);
    //利用native函数，批量赋值元素至新数组中。
    System.arraycopy(original, 0, copy, 0,
                     Math.min(original.length, newLength));
    return copy;
}

值得注意的是，System.arraycopy也是一个很高频的函数，大家要留意一下。

public static native void arraycopy(Object src,  int  srcPos,
                                    Object dest, int destPos,
                                    int length);

常用API
1 增
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); // Increments modCount!!
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++;//如果确定要扩容，会修改modCount

// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
    grow(minCapacity);

}

//需要扩容的话，默认扩容一半
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
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)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);//拷贝，扩容，构建一个新数组，
}

public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index);//越界判断如果越界抛异常

ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                 size - index); //将index开始的数据 向后移动一位
elementData[index] = element;
size++;

}
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCount //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);  // Increments modCount //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;

}
总结：
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：
1 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。
2 在扩容成功后，会修改modCount

2 删
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; // clear to let GC do its work //置空原尾部数据不再强引用，可以GC掉
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; // clear to let GC do its work //置空不再强引用
}

//批量删除
public boolean removeAll(Collection<?> c) {
Objects.requireNonNull©;//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 {
//高效的保存两个集合公有元素的算法
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 {
// Preserve behavioral compatibility with AbstractCollection,
// even if c.contains() throws.
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
// clear to let GC do its work
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;
}
从这里我们也可以看出，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：
1 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。
2 批量删除中，涉及高效的保存两个集合公有元素的算法，可以留意一下。

3 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
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
// clear to let GC do its work
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 判空 isEmpty()
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
8 迭代器 Iterator.
public Iterator iterator() {
return new Itr();
}
/**

An optimized version of AbstractList.Itr
*/
private class Itr implements Iterator {
int cursor; // index of next element to return //默认是0
int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such //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();
}
}

3.常见问题

Vector底层也是数组，与ArrayList最大的区别就是：同步(线程安全) Vector是同步的，我们可以从方法上就可以看得出来

如果非要实现同步呢？

4.解决方案

在要求非同步的情况下，我们一般都是使用ArrayList来替代Vector的了~ 如果想要ArrayList实现同步，可以使用Collections的方法：List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList(…));，就可以实现同步了~ ArrayList在底层数组不够用时在原来的基础上扩展0.5倍，Vector是扩展1倍

5.编码实战

详见视频

6.扩展思考

ARRAYLIST集合加入1万条数据，应该怎么提高效率

ArrayList的默认初始容量为10，要插入大量数据的时候需要不断扩容，而扩容是非常影响性能的。因此，现在明确了10万条数据了，我们可以直接在初始化的时候就设置ArrayList的容量！这样就可以提高效率

参考文献

List集合就这么简单【源码剖析】：

https://segmentfault.com/a/1190000014240704

更多讨论

Q1：说出ArrayList,LinkedList的存储性能和特性
A1：ArrayList的底层是数组，LinkedList的底层是双向链表。 ArrayList它支持以角标位置进行索引出对应的元素(随机访问)，而LinkedList则需要遍历整个链表来获取对应的元素。因此一般来说ArrayList的访问速度是要比LinkedList要快的 ArrayList由于是数组，对于删除和修改而言消耗是比较大(复制和移动数组实现)，LinkedList是双向链表删除和修改只需要修改对应的指针即可，消耗是很小的。因此一般来说LinkedList的增删速度是要比ArrayList要快

Q2：什么情况下你会使用ArrayList？什么时候你会选择LinkedList？
A2：多数情况下，当你遇到访问元素比插入或者是删除元素更加频繁的时候，你应该使用ArrayList。另外一方面，当你在某个特别的索引中，插入或者是删除元素更加频繁，或者你压根就不需要访问元素的时候，你会选择LinkedList。这里的主要原因是，在ArrayList中访问元素的最糟糕的时间复杂度是”1″，而在LinkedList中可能就是”n”了。在ArrayList中增加或者删除某个元素，通常会调用System.arraycopy方法，这是一种极为消耗资源的操作，因此，在频繁的插入或者是删除元素的情况下，LinkedList的性能会更加好一点。

Q3：如何复制某个ArrayList到另一个ArrayList中去？写出你的代码？
A3：

下面就是把某个ArrayList复制到另一个ArrayList中去的几种技术：

使用clone()方法，比如ArrayList newArray = oldArray.clone();


使用ArrayList构造方法，比如：ArrayList myObject = new ArrayList(myTempObject);


使用Collection的copy方法。

注意1和2是浅拷贝(shallow copy)。

今天的分享就到这里啦，欢迎大家点赞、转发、留言、拍砖

“我们相信人人都可以成为一个工程师，现在开始，找个师兄，带你入门，学习的路上不再迷茫。”

技能树·IT修真院：https://www.jnshu.com

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JAVA

【Java集合源码剖析】ArrayList源码剖析 ArrayList是基于数组实现的，是一个动态数组，其容量能自动增长，类似于C语言中的动态申请内存，动态增长内存。 ArrayList不是线程安全的，只能用在单线程环境下，多线程环境下可以考虑用Collections.synchronizedList(List l)函数返回一个线程安全的ArrayList类，也可以使用concurrent并发包下的CopyOnWriteArrayList类。 ArrayList实现了Serializable接口，因此它支持序列化，能够通过序列化传输，实现了R 阅读详情

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