从JDK8源码剖析ArrayList的奥秘

ArrayList：动态调整大小的 Java 集合

在 Java 集合框架中，ArrayList 扮演着至关重要的角色，它是一个可以根据需要自动调整大小的动态数组。它能存储任意类型对象，让开发者可以方便地管理和操作数据集合。本文将深入探讨 ArrayList 的概述、实现细节、方法和常见问题解答。

ArrayList 概述

ArrayList 属于一种称为动态数组的数据结构。顾名思义，它不像传统数组那样有固定的长度限制。相反，ArrayList 会根据存储元素的数量动态调整其大小，允许灵活地添加或删除元素。

ArrayList 使用一个称为 elementData 的内部数组来存储元素。当 ArrayList 初始化时，elementData 通常被分配一个默认大小（通常为 10）。如果需要存储更多元素，ArrayList 会自动触发扩容机制，将 elementData 数组扩大为原大小的 1.5 倍。这种机制确保了 ArrayList 可以容纳任意数量的元素。

ArrayList 的实现

1. 数组 elementData

elementData 数组是 ArrayList 的核心数据结构，它存储着 ArrayList 中的所有元素。它是一个 Object 类型的数组，这意味着它可以存储任何类型的数据。

2. 扩容机制

当 elementData 数组的空间不足以容纳更多元素时，ArrayList 会触发扩容机制。它创建一个新的 elementData 数组，大小为原数组的 1.5 倍。然后，将原数组中的元素复制到新数组中，并释放旧数组的内存。扩容机制确保了 ArrayList 可以无缝地处理大量数据。

3. add() 方法

add() 方法是用于向 ArrayList 中添加元素的最常用方法。当调用 add() 时，ArrayList 会检查 elementData 数组是否有足够的空间容纳新元素。如果有，则直接将元素添加到数组中。否则，它会触发扩容机制，创建新数组并添加元素。

4. remove() 方法

remove() 方法用于从 ArrayList 中删除指定元素。调用 remove() 时，ArrayList 会找到该元素在 elementData 数组中的位置，然后将其删除。如果删除的元素不是数组中的最后一个元素，ArrayList 会将后面的元素向前移动一位，保持数组的连续性。

5. get() 方法

get() 方法用于获取 ArrayList 中指定位置的元素。调用 get() 时，ArrayList 会检查 elementData 数组中是否有该位置的元素。如果有，则直接返回该元素。否则，它会抛出一个 IndexOutOfBoundsException 异常，表示该位置不存在元素。

ArrayList 的子列表

ArrayList 提供了一个称为 subList() 的方法，可以返回 ArrayList 的一个子列表。子列表是一个独立的列表，它与原始列表共享相同的底层元素。对子列表的任何修改都会反映在原始列表中。subList() 的实现相对简单，它创建一个新的 ArrayList 对象，包含原始列表中指定范围内的元素。

示例代码

以下是展示 ArrayList 核心方法的 Java 代码示例：

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListExample {

    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> fruits = new ArrayList<>();

        // 添加元素
        fruits.add("Apple");
        fruits.add("Banana");
        fruits.add("Orange");

        // 获取元素
        System.out.println("Element at index 1: " + fruits.get(1));

        // 删除元素
        fruits.remove("Banana");

        // 打印ArrayList
        System.out.println("Updated ArrayList: " + fruits);

        // 创建子列表
        ArrayList<String> citrusFruits = new ArrayList<>(fruits.subList(1, 3));

        // 打印子列表
        System.out.println("Citrus fruits sublist: " + citrusFruits);
    }
}

常见问题解答

1. ArrayList 和 LinkedList 有什么区别？

   ArrayList 和 LinkedList 都是动态数组，但它们使用不同的底层数据结构。ArrayList 使用数组，而 LinkedList 使用双向链表。ArrayList 在随机访问元素方面更有效，而 LinkedList 在添加或删除大量元素方面更有效。

2. ArrayList 的初始容量是多少？

   ArrayList 的默认初始容量为 10。但是，可以指定一个自定义的初始容量，以优化性能。

3. ArrayList 是线程安全的吗？

   ArrayList 不是线程安全的。这意味着多个线程不能同时修改同一个 ArrayList，否则可能会导致并发问题。

4. 什么时候应该使用 ArrayList？

   ArrayList 非常适合需要经常添加或删除元素的场景，并且要求快速随机访问。

5. 如何检查 ArrayList 是否为空？

   可以通过调用 isEmpty() 方法来检查 ArrayList 是否为空。如果 ArrayList 不包含任何元素，则该方法返回 true。