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数据结构-ArrayList

java 2025/8/22 6:22:10

在 Java 集合框架中，ArrayList 是 List 接口最常用的实现类之一，因其查询效率高、使用灵活的特点，广泛应用于日常开发。本文将从 ArrayList 的核心特点、常用方法、遍历方式到使用注意事项，进行系统性梳理，帮助快速复习并掌握其核心用法。

一、ArrayList 核心特点

ArrayList 本质是动态数组（底层基于数组实现），相比普通数组，它能自动扩容以存储更多元素，同时保留了数组 “按索引访问快” 的优势，具体特点如下：

存储结构：底层基于数组，元素在内存中连续存储，通过索引（index，从 0 开始）快速定位元素。
查询高效：获取指定索引元素（get(int index)）的时间复杂度为 O(1)，适合频繁查询的场景。
增删低效：
- 尾部添加元素（add(Object e)）效率较高（无扩容时为 O (1)）；
- 中间 / 头部增删元素（add(int index, E e)、remove(int index)）需移动后续元素，时间复杂度为 O(n)，不适合频繁增删的场景。
线程不安全：非同步设计，多线程环境下直接使用可能出现数据安全问题（如需线程安全，可使用 Collections.synchronizedList(new ArrayList<>()) 或替代类 CopyOnWriteArrayList）。
支持泛型：可通过泛型（如 <String>、<Integer>）限定存储元素的类型，避免类型转换异常，提升代码安全性。
自动扩容：初始容量默认 10，当元素数量超过当前容量时，会自动扩容为原来的 1.5 倍（通过 Arrays.copyOf() 复制原数组实现）。

二、ArrayList 常用方法

ArrayList 提供了丰富的方法用于操作元素，以下是开发中最常用的方法，均附完整示例代码，直接复制即可运行。

1. 基础操作：添加、获取、删除

（1）添加元素

add(E e)：向集合尾部添加元素；
add(int index, E e)：向集合指定索引位置添加元素（原位置及后续元素后移）。

import java.util.ArrayList;public class ArrayListAddDemo {public static void main(String[] args) {// 泛型限定：集合仅存储 String 类型元素ArrayList<String> list = new ArrayList<>();// 1. 尾部添加元素list.add("Java");list.add("Python");System.out.println("尾部添加后：" + list); // 输出：[Java, Python]// 2. 指定索引添加（索引 1）list.add(1, "Golang");System.out.println("指定索引添加后：" + list); // 输出：[Java, Golang, Python]}
}

（2）获取元素与集合大小

get(int index)：获取指定索引的元素（索引从 0 开始，越界会抛 IndexOutOfBoundsException）；
size()：返回集合中元素的实际个数（区别于数组的 “容量”）。

public class ArrayListGetSizeDemo {public static void main(String[] args) {ArrayList<String> list = new ArrayList<>();list.add("北京");list.add("上海");list.add("广州");// 获取索引 1 的元素String city = list.get(1);System.out.println("索引 1 的元素：" + city); // 输出：上海// 获取集合大小int size = list.size();System.out.println("集合元素个数：" + size); // 输出：3}
}

（3）删除元素

remove(int index)：删除指定索引的元素，返回被删除的元素，后续元素前移；
remove(Object o)：删除集合中第一次出现的指定元素，返回 boolean（true 表示删除成功，false 表示元素不存在）。

public class ArrayListRemoveDemo {public static void main(String[] args) {ArrayList<String> list = new ArrayList<>();list.add("苹果");list.add("香蕉");list.add("香蕉");list.add("橙子");// 1. 按索引删除（删除索引 1 的元素）String removedByIndex = list.remove(1);System.out.println("按索引删除的元素：" + removedByIndex); // 输出：香蕉System.out.println("删除后集合：" + list); // 输出：[苹果, 香蕉, 橙子]// 2. 按元素删除（删除第一次出现的“香蕉”）boolean isRemoved = list.remove("香蕉");System.out.println("是否删除成功：" + isRemoved); // 输出：trueSystem.out.println("最终集合：" + list); // 输出：[苹果, 橙子]}
}

2. 进阶操作：修改、判断、清空

（1）修改元素

set(int index, E e)：用新元素替换指定索引的旧元素，返回被替换的旧元素。

public class ArrayListSetDemo {public static void main(String[] args) {ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();list.add(10);list.add(20);list.add(30);// 替换索引 1 的元素（20 → 25）Integer oldVal = list.set(1, 25);System.out.println("被替换的旧值：" + oldVal); // 输出：20System.out.println("修改后集合：" + list); // 输出：[10, 25, 30]}
}

（2）判断元素与集合空否

contains(Object o)：判断集合是否包含指定元素，返回 boolean；
isEmpty()：判断集合是否为空（元素个数为 0），返回 boolean。

public class ArrayListJudgeDemo {public static void main(String[] args) {ArrayList<String> list = new ArrayList<>();list.add("猫");list.add("狗");// 1. 判断是否包含“狗”boolean hasDog = list.contains("狗");System.out.println("是否包含狗：" + hasDog); // 输出：true// 2. 判断集合是否为空boolean isEmpty = list.isEmpty();System.out.println("集合是否为空：" + isEmpty); // 输出：false// 清空集合后再判断list.clear();System.out.println("清空后集合是否为空：" + list.isEmpty()); // 输出：true}
}

（3）清空集合

clear()：删除集合中所有元素，集合变为空（但对象本身仍存在）。

public class ArrayListClearDemo {public static void main(String[] args) {ArrayList<String> list = new ArrayList<>();list.add("A");list.add("B");System.out.println("清空前：" + list); // 输出：[A, B]// 清空集合list.clear();System.out.println("清空后：" + list); // 输出：[]System.out.println("清空后大小：" + list.size()); // 输出：0}
}

3. ArrayList 三种遍历方式

遍历是集合的核心操作，ArrayList 支持三种常用遍历方式，需根据场景选择：

（1）普通 for 循环（适合需索引的场景）

通过 size() 获取长度，get(int index) 获取指定索引元素，可手动控制遍历顺序。

public class ArrayListForDemo {public static void main(String[] args) {ArrayList<String> list = new ArrayList<>();list.add("周一");list.add("周二");list.add("周三");// 普通 for 循环遍历for (int i = 0; i < list.size(); i++) {System.out.println("索引 " + i + "：" + list.get(i));}// 输出：// 索引 0：周一// 索引 1：周二// 索引 2：周三}
}

（2）增强 for 循环（foreach，简洁高效）

无需关注索引，直接遍历每个元素，代码简洁，是日常开发的首选。

public class ArrayListForEachDemo {public static void main(String[] args) {ArrayList<String> list = new ArrayList<>();list.add("Spring");list.add("MyBatis");list.add("SpringBoot");// 增强 for 循环遍历for (String framework : list) {System.out.println("框架：" + framework);}// 输出：// 框架：Spring// 框架：MyBatis// 框架：SpringBoot}
}

（3）迭代器（Iterator，支持遍历中删除元素）

通过 iterator() 获取迭代器，用 hasNext() 判断是否有下一个元素，next() 获取元素。注意：遍历中删除元素需用 iterator.remove()，而非 list.remove()，否则会抛 ConcurrentModificationException。

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;public class ArrayListIteratorDemo {public static void main(String[] args) {ArrayList<String> list = new ArrayList<>();list.add("红色");list.add("绿色");list.add("蓝色");// 迭代器遍历Iterator<String> iterator = list.iterator();while (iterator.hasNext()) {String color = iterator.next();// 遍历中删除“绿色”if ("绿色".equals(color)) {iterator.remove(); // 必须用迭代器的 remove() 方法}System.out.println("颜色：" + color);}System.out.println("删除后集合：" + list); // 输出：[红色, 蓝色]}
}

三、ArrayList 使用注意事项

索引越界问题：get(int index)、remove(int index) 等方法的索引需在 [0, size()-1] 范围内，否则会抛 IndexOutOfBoundsException，使用前需确认索引合法性。
泛型与空元素：
- 泛型仅支持引用类型（如 Integer，而非 int）；
- ArrayList 允许存储 null 元素（但不建议，可能导致后续 equals() 判断空指针）。
线程安全问题：ArrayList 非线程安全，多线程同时读写时，需通过 Collections.synchronizedList() 包装，或使用线程安全的 CopyOnWriteArrayList。
扩容性能优化：若已知集合元素数量，创建 ArrayList 时可指定初始容量（如 new ArrayList<>(100)），减少自动扩容次数（扩容需复制数组，消耗性能）。
与 LinkedList 的区别：ArrayList 适合查询多、增删少的场景；LinkedList（链表实现）适合增删多、查询少的场景，需根据业务选择。