Java ArrayList 类
hi，今天我们来聊聊Java中的ArrayList~
ArrayList基础
ArrayList简介
ArrayList 是Java集合框架中的一个类，位于 java.util 包下。它实现了 List 接口以及其所有可选的接口，如 Serializable（可序列化）和 Cloneable（可克隆）。ArrayList 是一个动态数组，可以存储任意数量的非原始类型对象。
创建ArrayList实例
创建 ArrayList 实例非常简单，可以通过默认构造方法或带有初始容量的构造方法来实现。
默认构造方法
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();指定初始容量的构造方法
ArrayList<String> list = new ArrayList<>(10); // 初始容量为10ArrayList的属性和初始容量
ArrayList 的初始容量是指在添加元素时不需要进行扩容操作的最小容量。如果初始容量设置得过高，而实际存储的元素较少，这将浪费内存；如果设置得过低，那么随着元素的增加，ArrayList 将不得不进行多次扩容操作，这将降低性能。
案例源码说明
创建并初始化ArrayList
// 创建一个空的ArrayList，用于存储String类型的对象
ArrayList<String> fruits = new ArrayList<>();
// 向ArrayList中添加元素
fruits.add("Apple");
fruits.add("Banana");
fruits.add("Cherry");
// 打印ArrayList中的元素
System.out.println(fruits);使用指定初始容量的构造方法
// 创建一个初始容量为5的ArrayList
ArrayList<Integer> numbers = new ArrayList<>(5);
// 向ArrayList中添加元素
numbers.add(1);
numbers.add(2);
numbers.add(3);
// 打印ArrayList的初始容量
System.out.println("Initial Capacity: " + numbers.capacity());ArrayList的扩容机制
ArrayList 的容量自动增长，但是当添加的元素超过当前容量时，会创建一个更大的数组来存储所有元素，并把旧的元素复制到新数组中。
// 创建一个初始容量为2的ArrayList
ArrayList<String> smallList = new ArrayList<>(2);
// 连续添加超过初始容量的元素，触发扩容
smallList.add("One");
smallList.add("Two");
smallList.add("Three");
// 打印当前容量
System.out.println("Current Capacity: " + smallList.capacity());ArrayList操作
元素添加
ArrayList 提供了多种添加元素的方法，包括在末尾添加单个元素或整个集合，以及在指定位置插入一个或多个元素。
add(E e)
在列表末尾添加一个元素。
示例：
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
// 添加单个元素到列表末尾
list.add("Element 1");
list.add("Element 2");
System.out.println(list); // 输出: [Element 1, Element 2]add(int index, E element)
在指定位置插入一个元素。
示例：
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add("First");
list.add("Third");
// 在索引 1 的位置插入 "Second"
list.add(1, "Second");
System.out.println(list); // 输出: [First, Second, Third]元素访问
通过索引访问列表中的元素。
get(int index)
返回指定位置的元素。
示例：
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Apple");
list.add("Banana");
// 获取索引1的元素
String fruit = list.get(1);
System.out.println(fruit); // 输出: Banana元素删除
ArrayList 提供了几种删除元素的方法。
remove(int index)
删除指定位置的元素，并返回被删除的元素。
示例：
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Apple");
list.add("Banana");
list.add("Cherry");
// 删除索引1的元素
String removed = list.remove(1);
System.out.println(removed); // 输出: Banana
System.out.println(list); // 输出: [Apple, Cherry]remove(Object o)
删除列表中第一次出现的指定元素。
示例：
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Apple");
list.add("Banana");
// 删除指定的对象
boolean isRemoved = list.remove("Banana");
System.out.println(isRemoved); // 输出: true
System.out.println(list); // 输出: [Apple]元素搜索
ArrayList 提供了搜索元素的方法。
contains(Object o)
检查列表是否包含指定的元素。
示例：
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Apple");
list.add("Banana");
// 检查列表是否包含 "Cherry"
boolean contains = list.contains("Cherry");
System.out.println(contains); // 输出: falseindexOf(Object o)
返回指定元素在列表中第一次出现的索引。
示例：
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Apple");
list.add("Banana");
list.add("Cherry");
// 获取 "Banana" 在列表中的索引
int index = list.indexOf("Banana");
System.out.println(index); // 输出: 1案例源码说明
以下是 ArrayList 操作的完整示例，包括添加、访问、删除和搜索元素：
public class ArrayListExample {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个ArrayList
ArrayList<String> fruits = new ArrayList<>();
// 使用add方法添加元素到ArrayList
fruits.add("Apple");
fruits.add("Banana");
fruits.add(0, "Apricot"); // 在索引0的位置插入
// 使用get方法访问特定位置的元素
String fruit = fruits.get(1);
System.out.println("Fruit at index 1: " + fruit);
// 使用remove方法删除特定位置的元素
String removedFruit = fruits.remove(2);
System.out.println("Removed fruit: " + removedFruit);
// 使用contains方法检查元素是否存在
boolean hasCherry = fruits.contains("Cherry");
System.out.println("Contains Cherry: " + hasCherry);
// 使用indexOf方法获取元素的索引
int indexOfBanana = fruits.indexOf("Banana");
System.out.println("Index of Banana: " + indexOfBanana);
// 打印ArrayList的当前状态
System.out.println("Current fruits list: " + fruits);
}
}ArrayList高级特性
列表迭代
ArrayList 支持两种主要的迭代方式：使用传统的 for 循环和使用 Iterator。
使用for-each循环
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Java");
list.add("Python");
list.add("C++");
// 使用for-each循环迭代ArrayList
for (String language : list) {
System.out.println(language);
}使用迭代器
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Java");
list.add("Python");
list.add("C++");
// 使用迭代器迭代ArrayList
Iterator<String> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
String language = iterator.next();
System.out.println(language);
}列表排序
ArrayList 可以通过 Collections 类或自定义的 Comparator 进行排序。
Collections.sort()
List<String> languages = new ArrayList<>();
languages.add("Java");
languages.add("Python");
languages.add("C++");
// 使用Collections.sort()方法对ArrayList进行自然排序
Collections.sort(languages);
System.out.println(languages);自定义排序
List<String> languages = new ArrayList<>();
languages.add("Java");
languages.add("Python");
languages.add("C++");
// 使用自定义Comparator进行排序
Collections.sort(languages, new Comparator<String>() {
@Override
public int compare(String s1, String s2) {
return s2.compareTo(s1); // 倒序排序
}
});
System.out.println(languages);列表容量管理
ArrayList 允许开发者手动管理其容量。
ensureCapacity()
ArrayList<Integer> numbers = new ArrayList<>();
numbers.add(1);
numbers.add(2);
// 确保ArrayList至少能容纳n个元素
numbers.ensureCapacity(10);
System.out.println("Current Capacity: " + numbers.capacity());trimToSize()
ArrayList<Integer> numbers = new ArrayList<>();
numbers.add(1);
numbers.add(2);
numbers.add(3);
// 调整ArrayList的容量以匹配其大小
numbers.trimToSize();
System.out.println("Trimmed Capacity: " + numbers.capacity
());案例源码说明
以下是 ArrayList 高级特性的完整示例，包括迭代、排序和容量管理：
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.Comparator;
import java.util.Iterator;
public class ArrayListAdvanced {
public static void main(String[] args) {
// 初始化ArrayList
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Java");
list.add("Python");
list.add("C++");
// 迭代ArrayList
System.out.println("Iterating ArrayList:");
for (String language : list) {
System.out.println(language);
}
// 使用迭代器迭代ArrayList
System.out.println("Iterating with Iterator:");
Iterator<String> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
String language = iterator.next();
System.out.println(language);
}
// 排序ArrayList
System.out.println("Sorted ArrayList (natural order):");
Collections.sort(list);
System.out.println(list);
// 使用自定义Comparator排序ArrayList
System.out.println("Sorted ArrayList (custom order):");
Collections.sort(list, new Comparator<String>() {
@Override
public int compare(String s1, String s2) {
return s2.compareTo(s1);
}
});
System.out.println(list);
// 容量管理
ArrayList<Integer> numbers = new ArrayList<>();
numbers.add(1);
numbers.add(2);
numbers.add(3);
System.out.println("Before ensureCapacity: " + numbers.capacity());
numbers.ensureCapacity(5);
System.out.println("After ensureCapacity: " + numbers.capacity());
numbers.trimToSize();
System.out.println("After trimToSize: " + numbers.capacity());
}
}ArrayList与性能
时间复杂度分析
ArrayList 的性能通常取决于操作的类型。以下是一些常见操作的时间复杂度：
- 添加元素 (
add(E e),add(int index, E element)): 平均时间复杂度为 O(1)，但如果需要扩容，则为 O(n)。 - 获取元素 (
get(int index)): 时间复杂度为 O(1)。 - 删除元素 (
remove(int index),remove(Object o)): 时间复杂度为 O(n)，因为可能需要移动元素。 - 搜索元素 (
contains(Object o),indexOf(Object o)): 时间复杂度为 O(n)。
性能考量与优化建议
由于 ArrayList 是一个动态数组，它的性能特点需要根据使用场景来考虑：
- 频繁的插入和删除：如果对列表的中间位置进行频繁的插入和删除操作，性能会受到影响，因为
ArrayList需要移动元素来维护数组的连续性。在这种情况下，考虑使用LinkedList。 - 随机访问：如果需要频繁地进行随机访问，
ArrayList是一个好的选择，因为它提供了 O(1) 的时间复杂度。 - 初始化容量：尽量预估列表的大小并设置合适的初始容量，以避免频繁的数组扩容操作。
案例源码说明
以下是 ArrayList 性能考量的示例：
频繁插入与删除的示例
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
// 模拟频繁的添加和删除操作
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
list.add("Element " + i);
if (i % 1000 == 0) {
list.remove(i - 1);
}
}在这个示例中，我们模拟了一个包含频繁插入和删除的场景。如果列表很大，这会触发多次数组复制，导致性能下降。
随机访问的示例
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
// 填充ArrayList
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
list.add("Element " + i);
}
// 随机访问特定位置的元素
long startTime = System.nanoTime();
String element = list.get(999); // 假设我们要访问接近末尾的元素
long endTime = System.nanoTime();
System.out.println("Random access time: " + (endTime - startTime) + " ns");在这个示例中，我们展示了 ArrayList 随机访问的性能。由于是直接通过索引访问，所以操作非常快速。
初始化容量的示例
ArrayList<String> list = new ArrayList<>(1000); // 设置初始容量为1000
// 填充ArrayList
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
list.add("Element " + i);
// 由于初始容量已足够，这里不会触发扩容操作
}本文参与?腾讯云自媒体分享计划，分享自作者个人站点/博客。
原始发表：2024-04-23，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除
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