Java 中数组（Array）和 ArrayList 的差异

简介

在 Java 编程中，数组（Array）和 ArrayList 是两种常用的数据结构，用于存储和管理一组数据。虽然它们都可以存储多个元素，但在很多方面存在显著差异。了解这些差异对于编写高效、健壮的 Java 代码至关重要。本文将详细探讨数组和 ArrayList 在基础概念、使用方法、常见实践以及最佳实践等方面的不同之处。

基础概念

数组

数组是一种固定长度的数据结构，它在内存中是连续存储的。一旦数组被创建，其长度就不能改变。数组可以存储基本数据类型（如 int、double 等）或对象引用。例如：

// 声明一个 int 类型的数组
int[] intArray;
// 初始化数组，长度为 5
intArray = new int[5];

ArrayList

ArrayList 是 Java 集合框架中的一部分，它是一个动态数组。与普通数组不同，ArrayList 的大小可以根据需要自动增长。它只能存储对象引用，不能直接存储基本数据类型，但可以通过自动装箱和拆箱机制来处理基本数据类型。例如：

import java.util.ArrayList;

// 创建一个 ArrayList 对象
ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<>();

使用方法

数组的声明、初始化与访问

声明：有多种声明方式，如 int[] intArray; 或 int intArray[];，推荐使用前者。
初始化：可以使用 new 关键字指定长度，如 intArray = new int[5];，也可以在声明时初始化，如 int[] intArray = {1, 2, 3, 4, 5};
访问：通过索引访问数组元素，索引从 0 开始。例如：

int[] intArray = {1, 2, 3, 4, 5};
int element = intArray[2]; // 获取索引为 2 的元素，即 3

ArrayList 的创建、添加与访问

创建：使用 new 关键字创建 ArrayList 对象，如 ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<>();
添加元素：使用 add() 方法添加元素。例如：

ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<>();
arrayList.add(1);
arrayList.add(2);
arrayList.add(3);

访问元素：通过 get() 方法访问元素，索引同样从 0 开始。例如：

int element = arrayList.get(1); // 获取索引为 1 的元素，即 2

常见实践

数组的常见用途

性能敏感场景：当需要频繁访问大量数据且数据量固定时，数组性能较好，因为它在内存中连续存储，访问速度快。例如，在科学计算中处理固定大小的数据集。

// 计算数组中所有元素的和
int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
int sum = 0;
for (int number : numbers) {
    sum += number;
}
System.out.println("数组元素的和: " + sum);

存储基本数据类型：数组可以直接存储基本数据类型，无需额外的装箱和拆箱操作，节省性能。

ArrayList 的常见用途

动态数据存储：当数据量不确定，需要频繁添加或删除元素时，ArrayList 更合适。例如，在实现一个简单的购物车功能时，商品数量可能随时变化。

import java.util.ArrayList;

// 购物车类
class ShoppingCart {
    private ArrayList<String> items;

    public ShoppingCart() {
        items = new ArrayList<>();
    }

    public void addItem(String item) {
        items.add(item);
    }

    public void removeItem(String item) {
        items.remove(item);
    }

    public void displayItems() {
        for (String item : items) {
            System.out.println(item);
        }
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ShoppingCart cart = new ShoppingCart();
        cart.addItem("苹果");
        cart.addItem("香蕉");
        cart.displayItems();
        cart.removeItem("苹果");
        cart.displayItems();
    }
}

与集合框架配合使用：ArrayList 是集合框架的一部分，便于与其他集合类（如 Collections 工具类）进行交互。

最佳实践

何时选择数组

已知数据量且数据量较小：如果事先知道需要存储的元素数量，并且这个数量不会有太大变化，数组是一个不错的选择。例如，一个星期的天数，一年的月份等。
对性能要求极高：在性能敏感的代码段中，数组由于其连续的内存存储和直接的索引访问，通常比 ArrayList 更快。例如，在一些底层算法实现中。

何时选择 ArrayList

数据量不确定：当无法预知最终需要存储多少个元素时，ArrayList 的动态扩展特性使其成为首选。例如，从文件中读取数据，数据行数不确定。
频繁的添加和删除操作：ArrayList 提供了方便的方法来添加和删除元素，并且在内部进行了优化，适合这种操作频繁的场景。

小结

数组和 ArrayList 在 Java 中各有其特点和适用场景。数组具有固定长度，内存连续存储，适合性能敏感和数据量固定的场景；而 ArrayList 是动态数组，大小可自动调整，适合数据量不确定且需要频繁进行添加和删除操作的场景。了解它们之间的差异，能够帮助开发者在编写代码时做出更合适的选择，提高程序的效率和可维护性。

参考资料

希望通过本文的介绍，读者能够深入理解 Java 中数组和 ArrayList 的差异，并在实际编程中灵活运用它们。