关于ArrayList

一、ArrayList的本质：动态数组

核心定义：

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
    
    // 底层数据结构
    transient Object[] elementData;
    
    // 实际元素数量
    private int size;
}

关键特性：

1. 动态扩容：初始容量10，按1.5倍因子增长

2. 快速随机访问：实现RandomAccess接口

3. 非线程安全：多线程环境需外部同步

4. 空间优化：自动缩容（需显式调用）

二、底层实现原理揭秘

1. 扩容机制（核心源码解析）

private void grow(int minCapacity) {
    int oldCapacity = elementData.length;
    // 新容量 = 旧容量 * 1.5
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    
    // 关键：创建新数组并复制数据
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

2. 时间复杂度分析

操作	时间复杂度	说明
get(int index)	O(1)	直接数组下标访问
add(E element)	均摊O(1)	尾部插入，偶尔触发扩容
add(int index)	O(n)	需要移动后续所有元素
remove(int index)	O(n)	需要移动后续元素
contains(Object)	O(n)	遍历查找

三、性能陷阱与优化策略

1. 初始容量优化

// 错误：默认初始容量10
List<User> users = new ArrayList<>(); 

// 正确：预分配足够容量（减少扩容次数）
List<User> users = new ArrayList<>(10000);

2. 批量操作优化

// 错误：逐个添加（触发多次扩容）
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
    list.add(i);
}

// 正确：批量添加（减少扩容次数）
list.addAll(IntStream.range(0, 100000).boxed().collect(Collectors.toList()));

3. 遍历方式性能对比

// 最佳：for循环（随机访问）
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
    process(list.get(i));
}

// 次佳：迭代器
for (Iterator<String> it = list.iterator(); it.hasNext(); ) {
    process(it.next());
}

// 最差：for-each（语法糖，实际使用迭代器）
for (String s : list) {
    process(s);
}

四、线程安全问题与解决方案

1. 典型并发问题

List<Integer> unsafeList = new ArrayList<>();

// 多线程并发添加元素
IntStream.range(0, 10).parallel().forEach(unsafeList::add);

// 可能结果：
// 1. 元素丢失
// 2. size > capacity (ArrayIndexOutOfBounds)
// 3. size 不准确

2. 线程安全解决方案

// 方案1：Collections.synchronizedList（全方法同步）
List<String> syncList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());

// 方案2：CopyOnWriteArrayList（读多写少场景）
List<String> cowList = new CopyOnWriteArrayList<>();

// 方案3：Vector（遗留方案，不推荐）
List<String> vector = new Vector<>();

五、ArrayList vs LinkedList

特性	ArrayList	LinkedList
底层结构	动态数组	双向链表
随机访问	O(1)	O(n)
头部插入	O(n)	O(1)
内存占用	紧凑（连续内存）	分散（节点开销）
缓存友好性	高	低
适用场景	读多写少	写多读少