java溯本求源之基础（二十五）之--ArrayList常用方法介绍

1. 介绍
1.1简介 ArrayList

     ArrayList 是 Java 集合框架中的一个类，位于 java.util 包中。它实现了 List 接口，提供了一个动态数组的功能。与普通数组不同，ArrayList 可以在需要时自动调整其容量，以容纳更多的元素。这使得它非常适合用于需要频繁增删元素的场景。

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1.2 使用场景

ArrayList 主要用于以下场景：

  • 动态调整大小的数组：适合需要经常增删元素的场景，例如动态列表。
  • 数据缓存：由于其快速的随机访问特性，适合用于缓存数据。
  • 队列实现：可以用作简单的队列数据结构。
  • 替代链表：在插入和删除操作不频繁的情况下，ArrayList 的访问速度比链表更快。当然我们如果直接调用arraylist的add方法，那么其实很快的，但是如果在中间插入就会很慢
  • 集合操作：适合进行各种集合操作，例如求并集、交集等。
2. ArrayList的定义与初始化
2.1定义 ArrayList

        在 Java 中，ArrayList 是通过 java.util 包中的 ArrayList 类实现的。它提供了一个可以动态调整大小的数组实现，便于在需要时增加或删除元素。

2.2初始化方法

        要使用 ArrayList，首先需要导入 java.util.ArrayList 类，然后可以通过以下几种方式来初始化 ArrayList：

2.2.1默认初始化：
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
2.2.2指定初始容量：
ArrayList<String> list = new ArrayList<>(10);
2.2.3通过另一个集合初始化：
List<String> existingList = Arrays.asList("Apple", "Banana", "Orange");
ArrayList<String> list = new ArrayList<>(existingList);
2.2.4 示例代码

下面是一个基本的示例，展示了如何定义和初始化一个 ArrayList：

import java.util.ArrayList;public class Main {public static void main(String[] args) {// 定义并初始化一个 ArrayListArrayList<String> list1 = new ArrayList<>();// 添加元素list.add("Apple");list.add("Banana");list.add("Orange");// 输出 ArrayListSystem.out.println(list1);// 另外一种初始化方式ArrayList<String> list2 = new ArrayList<>(Arrays.asList("Apple", "Banana",             "Orange"));System.out.println(list2);}
}
3. 基本操作
3.1增加元素

使用 add() 方法可以在 ArrayList 中增加元素：

list.add("Grapes");

add() 方法有两种形式：

  • add(E e): 在 ArrayList 的末尾添加元素。
  • add(int index, E element): 在指定位置插入元素，其后的元素依次后移。
3.2 访问元素

使用 get() 方法可以通过索引访问元素：

String fruit = list.get(1); // 访问第二个元素

get(int index) 方法返回指定位置的元素，如果索引超出范围，会抛出 IndexOutOfBoundsException。

3.3修改元素

        使用 set() 方法可以修改指定位置的元素：

list.set(1, "Blueberry"); // 将第二个元素改为 Blueberry

    set(int index, E element) 方法将指定位置的元素替换为新的元素，并返回被替换的元素。

3.4 删除元素

使用 remove() 方法可以删除指定位置或指定值的元素：

list.remove(0); // 删除第一个元素
list.remove("Banana"); // 删除第一个匹配的元素

remove(int index) 删除指定索引处的元素，remove(Object o) 删除第一个匹配的元素。

4.注意事项
4.1. 遍历和删除元素

        在使用 ArrayList 时，通过增强 for 循环（或称“for-each”循环）遍历集合时不能直接删除元素。这是因为增强 for 循环不支持对集合结构进行修改。要删除元素，可以使用 Iterator 进行遍历并删除：

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;public class Main {public static void main(String[] args) {ArrayList<String> list = new ArrayList<>();list.add("Apple");list.add("Banana");list.add("Orange");Iterator<String> iterator = list.iterator();while (iterator.hasNext()) {String fruit = iterator.next();if (fruit.equals("Banana")) {iterator.remove(); // 使用迭代器删除元素}}System.out.println(list);}
}
4.2 自动扩容机制

     ArrayList 具有自动扩容机制，当容量不足时会自动增加容量。虽然方便，但也会带来性能开销，因为每次扩容时需要将所有元素复制到新数组中。因此，如果能预测到集合的大致规模，初始化时可以指定初始容量以减少扩容次数：

ArrayList<String> list = new ArrayList<>(100); // 指定初始容量
4.3 与数组的区别
  • 数组：固定大小，元素类型固定。
  • ArrayList：动态调整大小，存储对象类型（可以存储不同类型的对象，但一般使用泛型指定类型）。
4.4 线程安全

    ArrayList 不是线程安全的。如果在多线程环境中使用，需使用同步机制或考虑使用线程安全的集合类，如 CopyOnWriteArrayList 或 Collections.synchronizedList 方法：

List<String> synchronizedList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
5. ArrayList的特点和注意事项
5.1自动扩容机制

    ArrayList 使用初始容量创建内部数组，当元素数量超过当前容量时，会自动扩容，通常是原来容量的1.5倍。频繁添加大量元素时，可能会产生性能开销。

5.2 与数组的区别
  • 大小：数组大小固定；ArrayList 可动态调整大小。
  • 类型：数组存储基本类型和对象类型；ArrayList 只能存储对象类型。
  • 性能：数组访问元素速度更快；ArrayList 在添加和删除元素时更灵活。
5.3 性能注意事项
  • 增删操作：在非末尾位置插入或删除元素需要移动后续元素，时间复杂度为 O(n)。
  • 扩容：扩容需要复制原有元素，频繁扩容会影响性能。可通过指定初始容量减少扩容次数。
5.4 线程安全

   ArrayList 不是线程安全的，在多线程环境中使用时需使用同步机制。可以使用 Collections.synchronizedList 方法创建同步的 ArrayList，或使用线程安全的 CopyOnWriteArrayList 类。

6. 结论

优点：

  • 动态调整大小：可以根据需要自动扩容，适应不同数量的元素。
  • 灵活性：提供了丰富的方法来操作集合中的元素，如添加、删除、修改等。
  • 随机访问：支持通过索引快速访问元素，访问速度接近数组。

缺点：

  • 性能开销：在频繁增删元素时，特别是在中间位置，可能导致性能问题。
  • 线程安全：ArrayList 不是线程安全的，需要在多线程环境中手动同步。
使用建议
  • 在需要频繁随机访问元素的场景下使用 ArrayList。
  • 如果预期会添加大量元素，尽量指定一个较大的初始容量以减少扩容次数。
  • 在多线程环境中使用时，要考虑使用同步机制或选择线程安全的集合类。

    ArrayList 是 Java 集合框架中的重要组成部分，其动态调整大小和灵活操作的特性使得它非常适合用于需要频繁操作集合的场景。通过理解其工作原理和注意事项，开发者可以更加高效地利用 ArrayList 来实现各种需求。

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