1. 引言
ArrayList 是 Java 集合框架中最常用的动态数组实现,它位于 java.util 包中,底层基于数组实现,支持自动扩容。本文将从原理、常用方法、遍历方式、线程安全以及实战场景等方面,系统讲解 ArrayList 的使用。
2. ArrayList 概述
ArrayList 实现了 List 接口,是一个可动态增长和缩减的数组。与普通数组相比,ArrayList 无需预先指定容量,添加元素时会自动扩容,适合频繁读取、尾部增删的场景。
2.1 核心特点
- 有序:元素按插入顺序存储,可通过索引访问。
- 可重复:允许存储重复元素。
- 允许 null:可以存储 null 值。
- 非线程安全:多线程环境下需要外部同步。
3. 创建与初始化
ArrayList 提供了多种创建方式,下面给出常见示例。
java
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
public class ArrayListDemo {
public static void main(String[] args) {
// 方式一:默认构造,初始容量为 10
List<String> list1 = new ArrayList<>();
// 方式二:指定初始容量
List<String> list2 = new ArrayList<>(20);
// 方式三:从已有集合创建
List<String> list3 = new ArrayList<>(Arrays.asList("A", "B", "C"));
}
}
4. 常用方法
ArrayList 提供了丰富的增删改查方法,下面按功能分类介绍。
4.1 添加元素
java
List<String> list = new ArrayList<>();
// 尾部添加
list.add("Java");
// 指定位置插入
list.add(0, "Hello");
// 批量添加
list.addAll(Arrays.asList("World", "!"));
4.2 删除元素
java
// 按索引删除
list.remove(0);
// 按对象删除(只删除第一个匹配项)
list.remove("Java");
// 清空列表
list.clear();
4.3 查询与修改
java
// 获取指定位置元素
String item = list.get(0);
// 修改指定位置元素
list.set(0, "Python");
// 获取元素个数
int size = list.size();
// 判断是否包含某元素
boolean contains = list.contains("Java");
5. 遍历方式
ArrayList 支持多种遍历方式,下面逐一说明。
5.1 普通 for 循环
java
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
System.out.println(list.get(i));
}
5.2 增强 for 循环
java
for (String s : list) {
System.out.println(s);
}
5.3 迭代器遍历
java
Iterator<String> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
System.out.println(iterator.next());
}
5.4 使用 forEach(Java 8+)
java
list.forEach(System.out::println);
6. 底层原理与扩容机制
ArrayList 底层是一个 Object[] 数组。当添加元素导致容量不足时,会触发扩容。默认扩容策略是:新容量为旧容量的 1.5 倍,然后通过 Arrays.copyOf 将原数组复制到新数组。
java
// 简化版扩容逻辑示意
private Object[] grow(int minCapacity) {
int oldCapacity = elementData.length;
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // 1.5 倍
return elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
频繁扩容会带来复制开销,因此在已知数据规模时,建议指定初始容量以提升性能。
7. 线程安全与替代方案
ArrayList 不是线程安全的。多线程环境下,如果多个线程同时修改同一个 ArrayList,可能抛出 ConcurrentModificationException 或产生数据不一致。常见替代方案如下:
| 方案 | 特点 |
|---|---|
| Collections.synchronizedList | 对方法加锁,简单但并发度低 |
| CopyOnWriteArrayList | 读多写少场景性能好,写时复制 |
| Vector | 历史遗留类,方法级同步,性能较差 |
8. 实战示例
下面通过一个学生成绩管理的例子,综合演示 ArrayList 的常见操作。
java
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class ScoreManager {
public static void main(String[] args) {
List<Integer> scores = new ArrayList<>();
// 添加成绩
scores.add(85);
scores.add(92);
scores.add(78);
scores.add(96);
// 计算平均分
int sum = 0;
for (int score : scores) {
sum += score;
}
double avg = (double) sum / scores.size();
System.out.println("平均分:" + avg);
// 删除低于 80 分的成绩
scores.removeIf(score -> score < 80);
System.out.println("过滤后:" + scores);
}
}
9. 总结
ArrayList 是 Java 开发中使用频率极高的集合类,掌握其创建、增删改查、遍历和扩容原理,是写出高效代码的基础。在单线程或读多写少的场景下,ArrayList 是首选;多线程并发修改时,应根据实际场景选择合适的线程安全替代方案。