Java ArrayList 核心解析：原理、用法与扩容机制

传入的参数必须是实现了 Collection 接口的对象，且类型需兼容。

// 从另一个 ArrayList 初始化
ArrayList<Integer> list3 = new ArrayList<>(list2);

2. 操作方法

2.1 添加操作

尾插是最常用的操作，时间复杂度接近 O(1)。如果在中间插入，需要移动后续元素，复杂度为 O(n)。

// 尾插
ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
System.out.println(list);

// 指定位置插入
list.add(0, 1);
System.out.println(list);

2.2 批量添加与移除

addAll 可以一次性导入多个元素，remove 既支持下标也支持对象引用。

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

// 移除元素
list.remove(2); // 按索引
Integer x = 2;
list.remove(x); // 按对象

2.3 子列表截取

subList 返回的是原列表的视图，修改子列表会影响原列表，因为它们是共享地址的。注意截取范围是左闭右开。

ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(11);
list.add(111);
list.add(1111);

List<Integer> subList = list.subList(1, 3);
System.out.println(subList); // 输出 [11, 111]

具体方法的底层实现逻辑较为复杂，涉及数组拷贝和边界检查，实际开发中直接调用即可，遇到并发问题需注意同步。

三、ArrayList 的遍历

遍历方式的选择取决于具体场景，比如是否需要修改元素或倒序访问。

1. for 循环遍历

适用于已知索引范围，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，但内部使用迭代器，不支持快速失败检测外的修改操作。

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

3. 迭代器

提供了更灵活的控制，如从指定位置开始、逆向遍历等。

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

// 从指定位置开始
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() + " ");
}

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。这是其'动态'特性的核心体现。

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。

当元素数量超过当前容量时，会触发扩容逻辑。新容量通常是旧容量的 1.5 倍加 1（具体计算涉及位运算优化）。扩容过程涉及创建新数组和复制旧数据，因此频繁扩容会影响性能，这也是为什么推荐在初始化时预估容量。

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。理解其底层结构和扩容机制，有助于在实际开发中做出更优的性能决策。在单线程环境下它是首选，但在高并发场景中务必考虑线程安全问题。