Java ArrayList（集合）常用 API

一、创建和初始化

1. 创建 ArrayList

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// 1. 默认初始容量10
ArrayList<String> list1 = new ArrayList<>();

// 2. 指定初始容量
ArrayList<String> list2 = new ArrayList<>(50);

// 3. 从其他集合创建
List<String> existingList = Arrays.asList("A", "B", "C");
ArrayList<String> list3 = new ArrayList<>(existingList);

// 4. Java 10+ 使用 var
var list4 = new ArrayList<Integer>();

// 5. 使用 Collections 工具类
List<String> synchronizedList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());

2. 快速初始化

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// Java 9+ 工厂方法（返回的是不可变List）
List<String> fixedList = List.of("A", "B", "C");

// 如果需要可变的ArrayList
ArrayList<String> mutableList = new ArrayList<>(List.of("A", "B", "C"));

// 传统方式
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
Collections.addAll(list, "A", "B", "C");

二、添加元素

1. 基本添加操作

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ArrayList<String> list = new ArrayList<>();

// 1. 添加到末尾
list.add("Apple");                      // ["Apple"]
list.add("Banana");                     // ["Apple", "Banana"]
boolean added = list.add("Cherry");     // true, ["Apple", "Banana", "Cherry"]

// 2. 添加到指定位置
list.add(1, "Orange");                  // ["Apple", "Orange", "Banana", "Cherry"]

// 3. 添加多个元素
list.addAll(List.of("Grape", "Mango")); // ["Apple", "Orange", "Banana", "Cherry", "Grape", "Mango"]
list.addAll(2, List.of("Pear", "Peach")); // 从指定位置添加

三、访问和修改元素

1. 获取元素

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ArrayList<String> list = new ArrayList<>(List.of("A", "B", "C", "D"));

// 1. 获取指定位置
String first = list.get(0);             // "A"

// 2. 获取第一个和最后一个
String first2 = list.getFirst();        // Java 21+ "A"
String last = list.getLast();           // Java 21+ "D"

// 3. 获取子列表（视图，共享底层数组）
List<String> subList = list.subList(1, 3); // ["B", "C"]（不包括索引3）

2. 修改元素

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ArrayList<String> list = new ArrayList<>(List.of("A", "B", "C"));

// 修改指定位置元素
String old = list.set(1, "BB");         // 返回旧值："B"，列表变为["A", "BB", "C"]

四、删除元素

1. 按索引删除

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ArrayList<String> list = new ArrayList<>(List.of("A", "B", "C", "D"));

// 删除指定位置
String removed = list.remove(1);        // 返回被删除的"B"，列表变为["A", "C", "D"]

2. 按元素删除

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ArrayList<String> list = new ArrayList<>(List.of("A", "B", "C", "B"));

// 删除第一次出现的元素
boolean removed = list.remove("B");     // true，列表变为["A", "C", "B"]

// 删除所有匹配元素（Java 8+）
list.removeIf(s -> s.startsWith("A"));  // 删除所有以"A"开头的元素

// 删除多个元素
list.removeAll(List.of("B", "C"));      // 删除所有"B"和"C"
list.retainAll(List.of("A", "D"));      // 只保留"A"和"D"，删除其他

3. 清空列表

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list.clear();                           // 清空所有元素

五、查找和判断

1. 查找元素

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ArrayList<String> list = new ArrayList<>(List.of("A", "B", "C", "B", "A"));

// 1. 判断包含
boolean hasA = list.contains("A");      // true
boolean hasAll = list.containsAll(List.of("A", "B")); // true

// 2. 查找索引
int firstIndex = list.indexOf("B");     // 1（第一次出现）
int lastIndex = list.lastIndexOf("B");  // 3（最后一次出现）
int notFound = list.indexOf("X");       // -1（未找到）

2. 列表信息

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ArrayList<String> list = new ArrayList<>(List.of("A", "B", "C"));

int size = list.size();                 // 3
boolean empty = list.isEmpty();         // false

六、遍历和迭代

1. 不同遍历方式

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ArrayList<String> list = new ArrayList<>(List.of("A", "B", "C"));

// 1. for循环
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
    System.out.println(list.get(i));
}

// 2. 增强for循环
for (String item : list) {
    System.out.println(item);
}

// 3. 迭代器
Iterator<String> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    String item = iterator.next();
    System.out.println(item);
    if ("B".equals(item)) {
        iterator.remove();  // 安全删除
    }
}

// 4. ListIterator（双向遍历）
ListIterator<String> listIterator = list.listIterator();
while (listIterator.hasNext()) {
    System.out.println(listIterator.next());
}
while (listIterator.hasPrevious()) {
    System.out.println(listIterator.previous());
}

// 5. Java 8+ forEach
list.forEach(item -> System.out.println(item));
list.forEach(System.out::println);

2. 并行遍历

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// 并行流遍历（Java 8+）
list.parallelStream().forEach(item -> {
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + item);
});

七、转换和操作

1. 转换为数组

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ArrayList<String> list = new ArrayList<>(List.of("A", "B", "C"));

// 1. 转换为Object数组
Object[] array1 = list.toArray();       // Object[]

// 2. 转换为指定类型数组
String[] array2 = list.toArray(new String[0]); // String[]
String[] array3 = list.toArray(String[]::new); // Java 11+ 方法引用

2. 排序和反转

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ArrayList<Integer> numbers = new ArrayList<>(List.of(3, 1, 4, 1, 5));

// 1. 自然排序
Collections.sort(numbers);              // [1, 1, 3, 4, 5]

// 2. 自定义排序
numbers.sort(Comparator.reverseOrder()); // [5, 4, 3, 1, 1]

// 3. 反转
Collections.reverse(numbers);           // [1, 1, 3, 4, 5] -> [5, 4, 3, 1, 1]

// 4. 打乱顺序
Collections.shuffle(numbers);           // 随机打乱

八、Stream API 操作（Java 8+）

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ArrayList<Integer> numbers = new ArrayList<>(List.of(1, 2, 3, 4, 5));

// 1. 过滤
List<Integer> evenNumbers = numbers.stream()
    .filter(n -> n % 2 == 0)
    .collect(Collectors.toList());      // [2, 4]

// 2. 映射
List<String> strings = numbers.stream()
    .map(n -> "Number: " + n)
    .collect(Collectors.toList());

// 3. 统计
long count = numbers.stream().count();  // 5
int sum = numbers.stream().mapToInt(Integer::intValue).sum(); // 15
Optional<Integer> max = numbers.stream().max(Integer::compare);

// 4. 分组
Map<Boolean, List<Integer>> partitioned = numbers.stream()
    .collect(Collectors.partitioningBy(n -> n > 3));
// {false=[1,2,3], true=[4,5]}

九、容量和性能

1. 容量管理

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ArrayList<String> list = new ArrayList<>();

// 确保最小容量
list.ensureCapacity(100);               // 提前分配空间，避免多次扩容

// 缩减容量到实际大小
list.trimToSize();                      // 释放多余空间

2. 性能提示

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// 1. 预分配容量（避免频繁扩容）
ArrayList<String> list = new ArrayList<>(1000);

// 2. 批量操作 vs 单个操作
// ❌ 低效（多次扩容）
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
    list.add("item" + i);
}

// ✅ 高效
list.addAll(Collections.nCopies(1000, "item"));

// 3. 使用合适的遍历方式
// 随机访问用 for-i 循环
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
    list.get(i);  // O(1) 时间复杂度
}

十、线程安全处理

1. 同步包装

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// 创建线程安全的ArrayList
List<String> syncList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());

// 使用时需要手动同步
synchronized(syncList) {
    syncList.add("item");
    // 遍历也需要同步
    for (String item : syncList) {
        System.out.println(item);
    }
}

2. CopyOnWriteArrayList（读多写少场景）

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import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

CopyOnWriteArrayList<String> safeList = new CopyOnWriteArrayList<>();
safeList.add("item");  // 线程安全，每次写操作复制底层数组

十一、实际应用示例

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public class ArrayListExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 学生成绩管理
        ArrayList<Integer> scores = new ArrayList<>();
        scores.add(85);
        scores.add(92);
        scores.add(78);
        
        // 计算平均分
        double average = scores.stream()
            .mapToInt(Integer::intValue)
            .average()
            .orElse(0.0);
        
        // 2. 购物车实现
        class ShoppingCart {
            private ArrayList<String> items = new ArrayList<>();
            
            public void addItem(String item) {
                items.add(item);
            }
            
            public void removeItem(String item) {
                items.remove(item);
            }
            
            public List<String> getItems() {
                return new ArrayList<>(items); // 返回副本
            }
        }
        
        // 3. 数据过滤和转换
        ArrayList<String> rawData = new ArrayList<>(
            List.of("apple", "banana", "cherry", "date", "elderberry")
        );
        
        // 过滤长度大于5的字符串并转换为大写
        List<String> processed = rawData.stream()
            .filter(s -> s.length() > 5)
            .map(String::toUpperCase)
            .collect(Collectors.toList());
        // ["ELDERBERRY"]
    }
}

十二、常见问题及解决

1. ConcurrentModificationException

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// ❌ 错误：遍历时修改列表
ArrayList<String> list = new ArrayList<>(List.of("A", "B", "C"));
for (String item : list) {
    if ("B".equals(item)) {
        list.remove(item);  // 抛出异常！
    }
}

// ✅ 正确1：使用迭代器删除
Iterator<String> it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
    if ("B".equals(it.next())) {
        it.remove();  // 安全删除
    }
}

// ✅ 正确2：Java 8+ removeIf
list.removeIf(item -> "B".equals(item));

2. 空值处理

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ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add(null);  // ArrayList允许null值

// 检查时注意
if (list.contains(null)) {
    System.out.println("列表包含null");
}

总结要点

动态数组：自动扩容，初始容量10，每次扩容1.5倍
随机访问 ：get(index) 是 O(1) 时间复杂度
非线程安全：多线程环境需要外部同步
允许null：可以存储null元素
快速失败：迭代器是快速失败的
性能优化：预分配容量，批量操作
现代用法：结合Stream API进行函数式操作

Java ArrayList（集合） 常用 API

一、创建和初始化

1. 创建 ArrayList

2. 快速初始化

二、添加元素

1. 基本添加操作

三、访问和修改元素

1. 获取元素

2. 修改元素

四、删除元素

1. 按索引删除

2. 按元素删除

3. 清空列表

五、查找和判断

1. 查找元素

2. 列表信息

六、遍历和迭代

1. 不同遍历方式

2. 并行遍历

七、转换和操作

1. 转换为数组

2. 排序和反转

八、Stream API 操作（Java 8+）

九、容量和性能

1. 容量管理

2. 性能提示

十、线程安全处理

1. 同步包装

2. CopyOnWriteArrayList（读多写少场景）

十一、实际应用示例

十二、常见问题及解决

1. ConcurrentModificationException

2. 空值处理

总结要点

Java ArrayList（集合）常用 API