ArrayList 和数组的区别

定义与本质
- 数组：是 Java 语言内置的数据结构，是存储相同类型元素的连续内存空间。它是一个基本的语言特性，在内存中是一块连续的区域。
- ArrayList：是 Java 集合框架中的一个类，属于动态数组。它是基于数组实现的，但提供了更高级的功能和更灵活的使用方式，本质上是对数组的封装，内部维护了一个数组来存储元素。
大小灵活性
- 数组：大小在创建时就被确定，之后无法改变。如果后续需要存储更多元素，必须创建一个新的更大的数组，并将原数组中的元素复制到新数组中。
- ArrayList：大小是动态可变的。当向 ArrayList 中添加元素时，如果当前容量不足，它会自动进行扩容，通常是创建一个更大的新数组，并将原数组中的元素复制到新数组中，这个过程对开发者是透明的。
元素类型
- 数组：可以存储基本数据类型（如 int、char、double 等）和引用数据类型（如 String、自定义类的对象等）。
- ArrayList：只能存储引用数据类型，不能直接存储基本数据类型。如果需要存储基本数据类型，必须使用其对应的包装类（如 Integer、Character、Double 等）。
泛型支持
- 数组：不支持泛型，虽然它可以存储不同类型的对象，但在编译时不会进行严格的类型检查。
- ArrayList：使用泛型实现，可以指定存储的元素类型，提供了类型安全性，在编译时就能检查出类型不匹配的错误。
方法和操作
- 数组：操作相对基础和原始，主要通过索引进行元素的访问、设置等操作。虽然 Java 提供了 Arrays 类来协助一些基本操作，如排序、搜索等，但整体方法相对较少。
- ArrayList：提供了丰富的方法，包括添加元素（add 方法）、删除元素（remove 方法）、查找元素（indexOf、contains 方法）、迭代元素（通过迭代器或增强 for 循环）等，使列表操作更方便。
多维结构
- 数组：可以很方便地创建多维数组，如二维数组 int[][] arr = new int[3][4]，用于表示矩阵等数据结构。
- ArrayList：本身是一维的，但可以通过嵌套 ArrayList 来实现类似多维的结构，不过实现和操作相对复杂一些。
内存占用和性能
- 数组：在内存中是连续存储的，元素的访问速度非常快，时间复杂度为 O(1)。但在进行插入和删除操作时，可能需要移动大量元素，效率较低。而且数组创建时需要指定大小，如果大小估计不准确，可能会造成内存浪费或不够用的情况。
- ArrayList：由于其内部的自动扩容机制和一些额外的方法调用，在某些情况下可能会有一定的性能开销。例如，扩容时需要创建新数组并复制元素。不过在进行频繁的插入和删除操作时，ArrayList 的性能可能会比数组好，因为它可以通过调整内部数组的大小来减少元素的移动。另外，ArrayList 会根据元素的数量自动调整内存占用，相对更灵活。
迭代方式
- 数组：可以使用普通的 for 循环、增强 for 循环等方式进行迭代。
- ArrayList：除了可以使用增强 for 循环外，还可以使用迭代器（Iterator）进行迭代，通过迭代器可以更方便地进行元素的删除等操作。