Java ArrayList 集合详解与底层原理

添加与删除

添加元素非常简单，直接调用 add 即可。删除操作分为按对象值和按索引两种：

import java.util.ArrayList;
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("aaa");
        list.add("bbb");
        
        // 按值删除
        list.remove("aaa"); 
        // 按索引删除
        list.remove(0); 
    }
}

遍历技巧

遍历集合有三种常见方式，各有适用场景：

// 普通 for 循环：适合需要索引的场景
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
    System.out.println(list.get(i));
}

// 增强 for 循环：代码简洁，只读推荐
for (String s : list) {
    System.out.println(s);
}

// 迭代器：可安全移除元素
for (java.util.Iterator<String> it = list.iterator(); it.hasNext(); ) {
    System.out.println(it.next());
}

性能分析

时间复杂度

• 随机访问：通过索引获取或修改元素为 $O(1)$。
• 末尾操作：添加或删除末尾元素平均为 $O(1)$。
• 中间操作：在中间插入或删除需移动后续元素，为 $O(n)$。
• 查找：按索引查找为 $O(1)$，按值查找需遍历，为 $O(n)$。

空间复杂度

主要取决于实际存储的元素数量 $n$ 以及预留的容量。扩容时的额外分配会导致瞬时空间占用增加，整体仍为 $O(n)$。

总结

ArrayList 是 Java 集合中最实用的类之一，它提供了动态数组的功能，极大简化了多元素数据的存储与操作。理解其底层动态扩容机制和性能特点，能帮助我们在实际开发中做出更优选择。需要注意的是，在频繁进行中间插入或删除操作的场景下，LinkedList 可能表现更佳；同时，多线程环境下应谨慎使用 ArrayList，考虑使用线程安全的替代方案。