ArrayList 知识点

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于 2025-06-05 17:57:12 首次发布

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一、ArrayList概述

ArrayList是Java集合框架中的一个类，它继承了AbstractList类，并且实现了List接口，是一个动态数组，数组长度可以动态增加和缩小，它可以对数组中的元素进行增、删、改、查等操作，还可以存储任意类型的对象。与传统数组相比，ArrayList的容量能动态增长，提供了更便捷的操作接口和灵活的扩展能力。

二、ArrayList特点

动态数组：支持动态扩容，使用者无需关心底层数据结构的变化，封装性好。
有序存储：存储的元素可重复，并支持null元素的存储，且维护插入顺序。
底层为数组：查找快，时间复杂度为O(1)；增删慢，尤其是在列表中间或头部操作时，需要移动大量元素，时间复杂度为O(n)。
线程不安全：不支持同步，一般建议在单线程中使用ArrayList，在多线程环境下可选择Vector或者CopyOnWriteArrayList。

三、ArrayList继承体系

ArrayList继承AbstractList抽象父类，实现了List、RandomAccess、Cloneable、Serializable接口。

List接口：定义了List的一些操作规范。
RandomAccess接口：是一个空接口，代表可随机访问。实现了此接口的集合使用for循环遍历速度更快。
Cloneable接口：空接口，实现此接口是为了可以调用clone()方法，ArrayList的clone()方法属于浅克隆。
Serializable接口：空接口，代表可序列化。

四、重要属性

transient Object[] elementData：这是ArrayList的底层，是一个object数组。由transient修饰，代表此数组不参与序列化，而是使用另外的序列化方式（使用writeObject方法进行序列化，只序列化有值的位置，其他未赋值的位置不进行序列化，节省空间）。
private int size：指集合包含的元素数量，注意与elementData.length（集合容量）的区别。

五、构造方法

ArrayList有三个构造方法：

无参构造方法：
- JDK 8之前：使用无参构造方法创建ArrayList对象时，数组的默认长度为10。例如在JDK 7中，ArrayList空参的构造器会调用本类当中重载的带一个int整型参数指定容量的构造器，将参数10传进去，对当前底层数组就进行了初始化，底层创建了一个长度为10的Object[]类型数组。
```
public ArrayList() {  this.elementData = new Object[10]; }
```
- JDK 8及之后：使用无参构造方法创建ArrayList对象时，数组的默认长度为0。在第一次添加元素时，才开始按照10进行扩容。
```
public ArrayList() {  this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA; }
```
指定初始容量的构造方法：创建一个具有指定初始容量的空ArrayList。

ArrayList<String> list2 = new ArrayList<>(20);

包含指定集合的构造方法：创建一个包含指定集合元素的ArrayList，初始容量为集合大小。

import java.util.Arrays; import java.util.Collection; import java.util.ArrayList;  Collection<String> collection = Arrays.asList("元素1", "元素2"); ArrayList<String> list3 = new ArrayList<>(collection);

六、常用方法

1. 添加元素

add(E e)：将指定的元素添加到列表的末尾。

list1.add("元素1");

add(int index, E element)：在指定的位置插入指定的元素。

list1.add(1, "元素2");

addAll(Collection<? extends E> c)：按照指定collection的迭代器所返回的元素顺序，将该collection中的所有元素添加到此列表的末尾。

Collection<String> collection = Arrays.asList("元素3", "元素4"); list1.addAll(collection);

addAll(int index, Collection<? extends E> c)：从指定的位置开始，将指定collection中的所有元素插入到列表中。

list1.addAll(2, collection);

2. 获取元素

get(int index)：返回列表中指定位置的元素。

String element = list1.get(0);

3. 修改元素

set(int index, E element)：用指定的元素替换列表中指定位置的元素。

list1.set(0, "新元素");

4. 删除元素

remove(int index)：移除列表中指定位置的元素。

list1.remove(1);

remove(Object o)：移除列表中第一个出现的指定元素（如果存在）。

list1.remove("元素2");

removeAll(Collection<?> c)：移除列表中所有包含在指定集合中的元素。

list1.removeAll(collection);

retainAll(Collection<?> c)：仅保留列表中包含在指定集合中的元素。

list1.retainAll(collection);

clear()：移除列表中的所有元素。

list1.clear();

5. 查询元素

contains(Object o)：判断列表中是否包含指定的元素。

boolean exists = list1.contains("元素1");

indexOf(Object o)：返回列表中第一次出现的指定元素的索引，如果未找到则返回 -1。

int index = list1.indexOf("元素1");

lastIndexOf(Object o)：返回列表中最后一次出现的指定元素的索引，如果未找到则返回 -1。

int lastIndex = list1.lastIndexOf("元素1");

isEmpty()：判断列表是否为空。

boolean empty = list1.isEmpty();

size()：返回列表中元素的数量。

int size = list1.size();

6. 其他常用方法

subList(int fromIndex, int toIndex)：返回列表中从fromIndex到toIndex（不包括toIndex）的子列表。

import java.util.List; List<String> subList = list1.subList(1, 3);

toArray()：返回一个包含列表中所有元素的数组。

Object[] array = list1.toArray();

toArray(T[] a)：返回一个包含列表中所有元素的数组，数组类型为指定类型。

String[] array = list1.toArray(new String[0]);

七、遍历方式

使用增强型for循环

for (String element : list1) {  System.out.println(element); }

使用Iterator

import java.util.Iterator; Iterator<String> iterator = list1.iterator(); while (iterator.hasNext()) {  String element = iterator.next();  System.out.println(element); }

使用forEach方法（Java 8+）

list1.forEach(element -> System.out.println(element));

八、动态扩容机制

1. 扩容触发条件

当调用add()方法时，若当前数组容量（elementData.length）小于size + 1，则触发扩容。

2. 扩容规则

新容量计算：newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1)（即原容量的1.5倍）。特殊情况处理：若计算后的容量仍小于所需最小容量（minCapacity），则直接使用minCapacity；若扩容过程中出现整数溢出（极端大容量），抛出OutOfMemoryError。

3. 示例

假设初始情况下，ArrayList的底层数组容量为10，并且向其中添加了11个元素。当尝试再次添加元素时，容量不足，ArrayList会自动进行扩容操作。根据ensureCapacityInternal()方法，计算出自动扩容后最小容量为11，进行扩容，根据grow()方法，得到新容量为15（10 + 10 >> 1），并将旧数组的元素复制到新数组中。