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深入解析 Java ArrayList 源代码

简介

在 Java 编程中，ArrayList 是一个广泛使用的动态数组实现。它允许我们灵活地存储和操作一组对象，随着元素的添加和删除自动调整大小。深入理解 ArrayList 的源代码，不仅能让我们更好地使用它，还能在性能优化和问题排查上提供帮助。本文将详细探讨 ArrayList 的基础概念、使用方法、常见实践以及最佳实践。

目录

  1. 基础概念
  2. 使用方法
    • 创建 ArrayList
    • 添加元素
    • 获取元素
    • 修改元素
    • 删除元素
  3. 常见实践
    • 遍历 ArrayList
    • 容量调整
  4. 最佳实践
    • 初始化合适的容量
    • 避免频繁的扩容
    • 正确使用泛型
  5. 小结
  6. 参考资料

基础概念

ArrayList 是 java.util 包中的一个类，它实现了 List 接口。它基于数组实现，但具有动态扩展的能力。ArrayList 内部维护了一个对象数组，用于存储元素。当元素数量超过当前数组的容量时，ArrayList 会自动扩容，创建一个更大的数组，并将原数组中的元素复制到新数组中。

使用方法

创建 ArrayList

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ArrayListExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个空的 ArrayList
        List<String> list1 = new ArrayList<>();

        // 创建一个指定初始容量的 ArrayList
        List<Integer> list2 = new ArrayList<>(10);

        // 使用另一个集合初始化 ArrayList
        List<Double> list3 = new ArrayList<>(List.of(1.1, 2.2, 3.3));
    }
}

添加元素

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ArrayListAddExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();

        // 在列表末尾添加元素
        list.add("Apple");
        list.add("Banana");

        // 在指定位置添加元素
        list.add(1, "Cherry");

        System.out.println(list);
    }
}

获取元素

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ArrayListGetExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Apple");
        list.add("Banana");
        list.add("Cherry");

        // 获取指定位置的元素
        String element = list.get(1);
        System.out.println(element);
    }
}

修改元素

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ArrayListSetExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Apple");
        list.add("Banana");

        // 修改指定位置的元素
        list.set(1, "Orange");

        System.out.println(list);
    }
}

删除元素

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ArrayListRemoveExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Apple");
        list.add("Banana");
        list.add("Cherry");

        // 删除指定位置的元素
        String removedElement = list.remove(1);

        // 删除指定对象
        list.remove("Apple");

        System.out.println(list);
    }
}

常见实践

遍历 ArrayList

普通 for 循环

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ArrayListTraversalExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Apple");
        list.add("Banana");
        list.add("Cherry");

        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
            System.out.println(list.get(i));
        }
    }
}

增强 for 循环

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ArrayListEnhancedForExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Apple");
        list.add("Banana");
        list.add("Cherry");

        for (String element : list) {
            System.out.println(element);
        }
    }
}

使用迭代器

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;

public class ArrayListIteratorExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Apple");
        list.add("Banana");
        list.add("Cherry");

        Iterator<String> iterator = list.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            String element = iterator.next();
            System.out.println(element);
        }
    }
}

容量调整

ArrayList 有一个 ensureCapacity 方法，可以手动调整容量，避免频繁扩容。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ArrayListCapacityExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.ensureCapacity(100);

        // 添加元素
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            list.add("Element " + i);
        }
    }
}

最佳实践

初始化合适的容量

如果事先知道 ArrayList 大致需要存储的元素数量，在创建时指定初始容量，可以减少扩容的次数，提高性能。

List<Integer> list = new ArrayList<>(100);

避免频繁的扩容

频繁的扩容会导致性能下降，因为每次扩容都需要创建新数组并复制元素。尽量在添加大量元素之前，通过 ensureCapacity 方法确保有足够的容量。

正确使用泛型

使用泛型可以确保类型安全，避免运行时的类型转换错误。

List<String> stringList = new ArrayList<>();
stringList.add("Hello");
// 编译时错误，因为泛型指定了 String 类型
// stringList.add(123);

小结

通过深入了解 ArrayList 的源代码和相关使用方法，我们能够更高效地使用它来处理数据集合。掌握基础概念、各种使用方法、常见实践以及最佳实践，能帮助我们在编写 Java 代码时，提高程序的性能和稳定性。

参考资料

希望本文能帮助读者更好地理解和运用 Java ArrayList 源代码。如果有任何疑问或建议，欢迎在评论区留言。