Java ArrayList 核心解析：底层结构、使用与扩容机制

如果预估数据量较大，建议直接指定初始容量，避免频繁扩容带来的内存拷贝开销。

// 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);

1.3 用其他集合类构造 ArrayList

传入的参数必须是实现了 Collection 接口的对象，且类型需兼容。

// 创建一个新的 ArrayList 并复制现有集合的内容
ArrayList<Integer> list2 = new ArrayList<>();
list2.add(22);
list2.add(33);
list2.add(44);

ArrayList<Integer> list3 = new ArrayList<>(list2);
System.out.println(list3);

2. 操作方法

以下是 ArrayList 最常用的核心方法签名及描述：

2.1 尾插与插入

// 创建一个空的 ArrayList
ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();

// 末尾插入 1
list.add(1);
System.out.println(list);

// 0 位置插入 1，后续元素后移
list.add(0, 1);
System.out.println(list);

2.2 批量添加

ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(11);
list.add(111);

ArrayList<Integer> list2 = new ArrayList<>();
list2.addAll(list);
list2.add(1111);
System.out.println(list2);

2.3 删除与截取

注意 remove 方法重载的区别，以及 subList 的视图特性。

ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(11);
list.add(111);

// 按索引删除
list.remove(2);

// 按对象删除，注意 Integer 包装类的比较
Integer x = 2;
list.remove(x);

// 截取子列表，左闭右开 [1, 3)
ArrayList<Integer> list3 = new ArrayList<>();
list3.add(1);
list3.add(11);
list3.add(111);
list3.add(1111);

List<Integer> subList = list3.subList(1, 3);
System.out.println(subList);

注意：subList 返回的是原列表的视图，修改子列表会影响原列表，反之亦然。它们共享底层数组地址。

三、ArrayList 的遍历

遍历方式的选择直接影响代码的可读性与性能，特别是在并发修改场景下。

1. for 循环遍历

适用于需要索引的场景，性能较好。

for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
    Integer a = list.get(i);
    System.out.println(a + " ");
}

2. 增强型 for 循环

语法简洁，内部基于迭代器实现，适合只读遍历。

for (Integer x : list) {
    System.out.println(x + " ");
}

3. 迭代器

只要实现 Iterable 接口，都可以使用迭代器打印。迭代器允许在遍历时安全地移除元素。

Iterator<Integer> it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
    System.out.println(it.next() + " ");
}

如果需要从指定位置开始或逆向遍历，可使用 ListIterator。

// 从索引 2 开始正向遍历
ListIterator<Integer> it2 = list.listIterator(2);
while (it2.hasNext()) {
    System.out.println(it2.next() + " ");
}

// 逆向遍历
ListIterator<Integer> it = list.listIterator(list.size());
while (it.hasPrevious()) {
    System.out.println(it.previous() + " ");
}

四、ArrayList 扩容机制

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。理解这一机制对于优化内存使用至关重要。

当调用不带参数的构造方法时，JDK 8+ 实际上并不会立即分配大小为 10 的数组，而是先分配一个空数组。直到第一次添加元素时，才会触发扩容逻辑，此时默认容量为 10。后续扩容策略通常为原有容量的 1.5 倍。

扩容过程涉及以下步骤：

1. 检查是否需要扩容（当前 size + 1 > capacity）。
2. 计算新容量（oldCapacity * 1.5 + 1）。
3. 使用 Arrays.copyOf 创建新数组。
4. 将旧数组内容复制到新数组。

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。在实际开发中，了解其底层原理、核心方法行为及扩容机制，能帮助我们在面对大数据量处理时做出更优的性能决策。