Java ArrayList的介绍及用法

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ArrayList 是 Java 集合框架中最常用的类之一，实现了 List 接口，底层基于动态数组实现，支持动态扩容，相比普通数组更灵活。以下是其详细介绍及用法：

一、核心特性

1. 动态大小：无需预先指定容量，可自动扩容（初始容量为 10，满后扩容为原容量的 1.5 倍）。
2. 允许重复元素：可存储多个相同值的元素。
3. 有序集合：元素按插入顺序排列，支持通过索引访问。
4. 非线程安全 ：多线程环境下并发修改可能导致异常（需手动同步或使用 CopyOnWriteArrayList）。
5. 存储引用类型 ：只能存储对象（基本类型需用包装类，如 Integer 而非 int）。

二、基本用法（代码示例）

1. 引入包与创建对象

ArrayList 位于 java.util 包，需先导入，创建时需指定泛型（元素类型）：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ArrayListDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建存储String类型的ArrayList（推荐声明为List接口）
        List<String> list = new ArrayList<>();
        
        // 可指定初始容量（减少扩容次数，优化性能）
        List<Integer> numList = new ArrayList<>(20); // 初始容量20
    }
}

2. 常用方法

（1）添加元素：add()

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Java"); // 末尾添加元素 → [Java]
list.add(0, "Python"); // 指定索引插入 → [Python, Java]（索引需≤当前size）
list.addAll(List.of("C", "C++")); // 批量添加 → [Python, Java, C, C++]

（2）访问元素：get()

通过索引获取元素（索引从 0 开始，需注意 IndexOutOfBoundsException）：

String first = list.get(0); // 获取第1个元素 → "Python"
int size = list.size(); // 获取元素个数 → 4

（3）修改元素：set()

替换指定索引的元素，返回被替换的旧值：

String old = list.set(1, "JavaScript"); // 替换索引1的元素 → 旧值"Java"
// 此时list为 [Python, JavaScript, C, C++]

（4）删除元素：remove()

String removed = list.remove(2); // 移除索引2的元素 → 返回"C"，list变为 [Python, JavaScript, C++]
boolean isRemoved = list.remove("C++"); // 移除指定值的元素 → 返回true，list变为 [Python, JavaScript]

（5）判断与查找

boolean isEmpty = list.isEmpty(); // 判断是否为空 → false
boolean contains = list.contains("Python"); // 是否包含指定元素 → true
int index = list.indexOf("JavaScript"); // 首次出现的索引 → 1
int lastIndex = list.lastIndexOf("Python"); // 最后出现的索引 → 0（元素唯一时与indexOf相同）

（6）清空与截取

list.clear(); // 清空所有元素 → list变为空
List<String> subList = list.subList(0, 2); // 截取子列表（从索引0到2，不含2）→ [Python, JavaScript]

3. 遍历方式

（1）普通 for 循环（通过索引）

for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
    System.out.println(list.get(i));
}

（2）增强 for 循环（foreach）

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

（3）迭代器（Iterator）

支持在遍历中安全删除元素：

import java.util.Iterator;

Iterator<String> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    String element = iterator.next();
    if (element.equals("Python")) {
        iterator.remove(); // 安全删除当前元素
    }
}

（4）Java 8+ 流（Stream）

list.stream().forEach(System.out::println); // 简化遍历

三、注意事项

1. 扩容机制 ：当元素数量超过当前容量时，ArrayList 会自动扩容为原容量的 1.5 倍（通过 Arrays.copyOf() 复制数组）。若预知元素数量，创建时指定初始容量可减少扩容次数（提升性能）。

2. 与数组的转换：

   // ArrayList → 数组
   String[] arr = list.toArray(new String[0]); // 推荐传递类型数组，避免强制转换
   
   // 数组 → ArrayList（注意：返回的是固定大小的List，不能添加/删除元素）
   List<String> fixedList = Arrays.asList(arr); 
   // 若需可变List，需再包装一次：
   List<String> mutableList = new ArrayList<>(Arrays.asList(arr));

3. 与 LinkedList 的对比：

   • ArrayList 基于数组，随机访问快 （get(index) 时间复杂度 O (1)），增删中间元素慢（需移动元素，O (n)）。
   • LinkedList 基于链表，增删中间元素快 （O(1)），随机访问慢（O(n)）。
   • 频繁查改选 ArrayList，频繁增删中间元素选 LinkedList。

4. 线程安全 ：多线程环境下，可使用 Collections.synchronizedList() 包装：

   List<String> safeList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());

四、总结

ArrayList 是日常开发中最常用的 List 实现，以动态数组为核心，兼顾灵活性与访问效率，适合大多数场景。掌握其 add()、get()、remove() 等方法及遍历方式，结合扩容机制和线程安全特性，可更高效地使用。