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Java ArrayList 动态数组核心原理与使用指南
Java ArrayList 是基于动态数组实现的 List 接口常用类，支持随机访问和序列化。其构造方法、核心操作方法（增删改查）、遍历方式以及底层扩容机制。ArrayList 默认初始容量为 10，扩容时按 1.5 倍增长，非线程安全，适用于单线程读多写少场景。
Java ArrayList 是基于动态数组实现的 List 接口常用类，支持随机访问和序列化。其构造方法、核心操作方法（增删改查）、遍历方式以及底层扩容机制。ArrayList 默认初始容量为 10，扩容时按 1.5 倍增长，非线程安全，适用于单线程读多写少场景。
ArrayList是 Java 集合框架（Java Collections Framework）中最常用的动态数组实现，它提供了灵活的容量管理、便捷的增删改查操作，广泛应用于日常开发中。本文将深入剖析 ArrayList 的底层结构、核心方法源码、性能特点及最佳实践，帮助读者彻底掌握这一基础数据结构。
ArrayList 基于动态数组实现，底层维护一个 Object[] 数组，elementData 存储元素，同时通过 size 变量记录当前有效元素个数，容量可自动扩容。它实现了 List 接口，如下图：
ArrayList 是以泛型方式实现，使用时必须实例化；ArrayList 实现 RandomAccess 接口，ArrayList 可随机访问；ArrayList 实现 Cloneable 接口，ArrayList 可以克隆；ArrayList 实现 Serializable 接口，支持序列化；ArrayList 不是线程安全，在单线程下可以使用，在多线程中可以选择 Vector 或者 CopyOnWriteArrayList；ArrayList 底层是一段连续的空间，可以自动扩容，是一个动态类型的顺序表。
ArrayList 提供三种构造函数：
| 方法 | 说明 |
|---|---|
ArrayList() | 无参构造 |
ArrayList(Collection<? extends E> c) | 利用其他 Collection 构建 ArrayList |
ArrayList(int initialCapacity) | 指定顺序表初始容量 |
public static void main(String[] args) {
// 创建一个空的 ArrayList
ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
System.out.println(list);
}
【源码：】
// 创建一个有初始容量的 ArrayList
ArrayList<Integer> list2 = new ArrayList<>(5);
list2.add(22);
list2.add(33);
list2.add(44);
System.out.println(list2);
【源码：】
类型一定是实现了 Collection 接口，传的参数要是 E 或 E 的子类。
// 创建一个有初始容量的 ArrayList
ArrayList<Integer> list2 = new ArrayList<>(5);
list2.add(22);
list2.add(33);
list2.add(44);
System.out.println(list2);
// 都是 Integer 类型，可以传 ArrayList<Integer>
ArrayList<Integer> list3 = new ArrayList<>(list2);
【源码：】
| 方法签名 | 描述 |
|---|---|
boolean add(E e) | 将元素 e 插入到列表末尾 |
void add(int index, E element) | 将元素 e 插入到指定的 index 位置 |
boolean addAll(Collection<? extends E> c) | 将集合 c 中的所有元素插入到列表末尾 |
E remove(int index) | 删除并返回指定 index 位置的元素 |
boolean remove(Object o) | 删除列表中第一个遇到的元素 o |
E get(int index) | 获取指定 index 位置的元素 |
E set(int index, E element) | 将指定 index 位置的元素替换为 element |
void clear() | 清空列表中的所有元素 |
boolean contains(Object o) | 判断列表中是否包含元素 o |
int indexOf(Object o) | 返回第一个匹配元素 o 的索引 |
int lastIndexOf(Object o) | 返回最后一个匹配元素 o 的索引 |
List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) | 返回从 fromIndex 到 toIndex 的子列表 |
// 创建一个空的 ArrayList
ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
// 末尾插入 1
list.add(1);
System.out.println(list);
// 创建一个空的 ArrayList
ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
// 0 位置插入 1
list.add(0, 1);
System.out.println(list);
// 创建一个空的 ArrayList
ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
// 0 位置插入 1
list.add(1);
list.add(11);
list.add(111);
System.out.println(list);
ArrayList<Integer> list2 = new ArrayList<>();
list2.addAll(list);
list2.add(1111);
System.out.println(list2);
// 创建一个空的 ArrayList
ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
// 0 位置插入 1
list.add(1);
list.add(11);
list.add(111);
System.out.println(list);
list.remove(2); // 下标
// 对象
list.remove(new Integer(2));
Integer x = 2;
// 写法 2
list.remove(x);
// 创建一个空的 ArrayList
ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
// 0 位置插入 1
list.add(1);
list.add(11);
list.add(111);
list.add(1111);
System.out.println(list);
List<Integer> subList = list.subList(1, 3);
System.out.println(subList);
它的截取是左闭右开，截取 1~3 位置，取 2，3 后面如果修改元素，截取的也会随之修改，实际截取的是地址。
一些简单的方法就不一一列举了，直接调用就行，具体的方法实现可以参考官方文档。
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
Integer a = list.get(i);
System.out.println(a + " ");
}
for (int x : list) {
System.out.println(x + " ");
}
只要实现 Iterable 接口，都可以使用迭代器打印。
it.next(): 访问下一个，it 望后走一步。
Iterator<Integer> it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
System.out.println(it.next() + " ");
}
从指定位置开始打印
// 可以从指定位置开始打印
ListIterator<Integer> it2 = list.listIterator(2);
while (it2.hasNext()) {
System.out.println(it2.next() + " ");
}
逆向打印
ListIterator<Integer> it = list.listIterator(list.size());
while (it.hasPrevious()) {
System.out.println(it.previous() + " ");
}
ArrayList 是一个动态类型的顺序表，在插入元素的过程中会自动扩容。
如果调用不带参数的构造方法，第一次分配数组大小为 10，后续扩容为 1.5 倍扩容。
源码如下：
【总结】
ArrayList 是基于动态数组的 List 实现，具有随机访问快、使用便捷的特点，适合大多数读多写少的场景。本文从底层原理、核心方法、性能分析到注意事项，全面剖析了 ArrayList 的特性，希望能帮助读者深入理解并灵活运用这一基础数据结构。
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