<Java集合探索系列第二话：深入浅出ArrayList揭秘>

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2022-11-16 18:02:20

Java集合探秘系列：第二话ArrayList的华丽登场

一、ArrayList概述：动态数组的魅力

在Java开发领域，集合扮演着举足轻重的角色，而ArrayList作为其中最常用的容器之一，以其动态数组的特性，在日常开发中备受青睐。它能够在运行时添加或删除元素，无需预先指定数组大小，为我们提供了极大的灵活性。

二、ArrayList基本操作：掌握常用方法

了解了ArrayList的特性，我们接下来深入探索其基本操作：

添加元素：
- 使用add()方法在ArrayList末尾添加元素
- 使用add(index, element)方法在指定索引处添加元素
删除元素：
- 使用remove()方法删除ArrayList中的元素
- 使用remove(index)方法删除指定索引处的元素
获取元素：
- 使用get(index)方法获取指定索引处的元素
修改元素：
- 使用set(index, element)方法修改指定索引处的元素

三、ArrayList实现原理：揭开底层奥秘

要真正掌握ArrayList，我们有必要一探其底层实现：

底层数据结构：
- ArrayList使用数组来存储元素。当数组满了时，ArrayList会创建一个更大的数组，并将所有元素复制到新数组中。
扩容机制：
- ArrayList的扩容机制非常简单。当数组满了时，ArrayList会创建一个两倍大小的新数组，并将所有元素复制到新数组中。
删除元素的实现：
- 当我们从ArrayList中删除一个元素时，ArrayList并不会实际删除该元素，而是将该元素标记为已删除。当我们再次添加元素时，ArrayList会使用这些标记为已删除的元素的空间。

四、ArrayList源码分析：一探究竟

为了更深入地了解ArrayList的实现，我们不妨一探其源码：

ArrayList类的定义：

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

ArrayList的构造函数：

public ArrayList(int initialCapacity) {
    super();
    if (initialCapacity < 0)
        throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                           initialCapacity);
    this.elementData = new Object[initialCapacity];
}

ArrayList的add()方法：

public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

五、ArrayList的主要机制和特点

了解了ArrayList的实现原理，我们再来总结一下它的主要机制和特点：

随机访问：
- ArrayList支持高效的随机访问，我们可以直接通过索引获取或设置元素。
动态扩容：
- ArrayList能够自动扩容，无需手动调整数组大小。
Fail-Fast机制：
- ArrayList使用了Fail-Fast机制，当ArrayList被修改时，迭代器会抛出ConcurrentModificationException异常。
序列化和反序列化：
- ArrayList支持序列化和反序列化，我们可以将ArrayList存储到文件中，也可以从文件中恢复ArrayList。

常见问题解答

为了加深对ArrayList的理解，我们总结了5个常见的FAQ：

为什么ArrayList的随机删除性能较差？
- 由于ArrayList是动态数组，删除元素时需要移动后面的元素，导致性能较差。
如何避免ArrayList扩容带来的性能损耗？
- 在初始化ArrayList时指定合理的初始容量，或者使用ensureCapacity()方法预先分配足够的空间。
Fail-Fast机制有什么好处？
- Fail-Fast机制可以帮助我们及时发现多线程修改ArrayList导致的数据不一致问题。
ArrayList和LinkedList有什么区别？
- ArrayList使用数组存储元素，支持高效的随机访问，但插入和删除元素的性能较差。而LinkedList使用双向链表存储元素，插入和删除元素的性能较好，但随机访问的性能较差。
如何提高ArrayList的并发性能？
- 使用Collections.synchronizedList()方法包装ArrayList，或者使用ConcurrentLinkedQueue等并发集合类。