Java ArrayList 深入解析

简介

在 Java 编程中，ArrayList 是一个极为常用的集合类，它为开发者提供了一种动态数组的实现方式。与普通数组不同，ArrayList 的大小可以在运行时动态变化，这使得它在处理不确定元素数量的数据时非常灵活。本文将深入探讨 java new ArrayList 的基础概念、使用方法、常见实践以及最佳实践，帮助读者全面掌握这一强大的工具。

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
   • 查找元素
   • 排序
4. 最佳实践
   • 初始化容量
   • 避免频繁扩容
   • 使用泛型
5. 小结
6. 参考资料

基础概念

ArrayList 是 java.util 包下的一个类，它实现了 List 接口。ArrayList 本质上是一个动态数组，它可以存储不同类型的对象（在使用泛型时可以限定存储对象的类型）。与传统数组相比，ArrayList 可以自动扩容，以适应不断增加的元素。它的内部实现基于一个对象数组，当元素数量超过当前数组的容量时，会创建一个新的更大的数组，并将原数组的元素复制到新数组中。

使用方法

创建 ArrayList

创建 ArrayList 有多种方式。最常见的是使用无参构造函数创建一个空的 ArrayList：

import java.util.ArrayList;

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

也可以在创建时指定初始容量：

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个初始容量为 10 的 ArrayList
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>(10);
    }
}

还可以通过已有的集合来创建 ArrayList：

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

public class ArrayListExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> existingList = Arrays.asList("apple", "banana", "cherry");
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>(existingList);
    }
}

添加元素

可以使用 add 方法向 ArrayList 中添加元素：

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListExample {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("apple");
        list.add("banana");
        list.add("cherry");
        System.out.println(list);
    }
}

上述代码会输出 [apple, banana, cherry]。

也可以在指定位置添加元素：

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListExample {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("apple");
        list.add("banana");
        list.add(1, "cherry");
        System.out.println(list);
    }
}

这段代码会在索引 1 处插入 "cherry"，输出 [apple, cherry, banana]。

获取元素

使用 get 方法可以获取指定索引位置的元素：

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListExample {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("apple");
        list.add("banana");
        list.add("cherry");
        String element = list.get(1);
        System.out.println(element);
    }
}

上述代码会输出 "banana"。

修改元素

使用 set 方法可以修改指定索引位置的元素：

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListExample {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("apple");
        list.add("banana");
        list.add("cherry");
        list.set(1, "date");
        System.out.println(list);
    }
}

这段代码会将索引 1 处的元素修改为 "date"，输出 [apple, date, cherry]。

删除元素

使用 remove 方法可以删除指定索引位置的元素或指定的对象：

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListExample {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("apple");
        list.add("banana");
        list.add("cherry");
        // 删除索引 1 处的元素
        list.remove(1);
        System.out.println(list);

        ArrayList<String> newList = new ArrayList<>();
        newList.add("apple");
        newList.add("banana");
        newList.add("cherry");
        // 删除指定对象 "banana"
        newList.remove("banana");
        System.out.println(newList);
    }
}

上述代码分别展示了删除指定索引位置的元素和删除指定对象的操作，输出分别为 [apple, cherry] 和 [apple, cherry]。

常见实践

遍历 ArrayList

1. 使用 for 循环遍历：

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListExample {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<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));
        }
    }
}

1. 使用增强 for 循环遍历：

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListExample {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("apple");
        list.add("banana");
        list.add("cherry");
        for (String element : list) {
            System.out.println(element);
        }
    }
}

1. 使用迭代器遍历：

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

public class ArrayListExample {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<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);
        }
    }
}

查找元素

可以使用 indexOf 方法查找元素首次出现的索引，使用 lastIndexOf 方法查找元素最后一次出现的索引：

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListExample {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("apple");
        list.add("banana");
        list.add("apple");
        int index1 = list.indexOf("apple");
        int index2 = list.lastIndexOf("apple");
        System.out.println("首次出现的索引: " + index1);
        System.out.println("最后一次出现的索引: " + index2);
    }
}

上述代码输出为 首次出现的索引: 0 和 最后一次出现的索引: 2。

排序

可以使用 Collections.sort 方法对 ArrayList 进行排序：

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

public class ArrayListExample {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
        list.add(3);
        list.add(1);
        list.add(2);
        Collections.sort(list);
        System.out.println(list);
    }
}

上述代码会输出 [1, 2, 3]。

最佳实践

初始化容量

在创建 ArrayList 时，如果能大致预估元素的数量，最好指定初始容量。这样可以避免在添加元素过程中频繁扩容，提高性能。例如：

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 预估有 100 个元素
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>(100);
    }
}

避免频繁扩容

频繁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原数组的元素。尽量一次性添加多个元素，而不是逐个添加。例如：

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

public class ArrayListExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> elements = Arrays.asList("apple", "banana", "cherry");
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>(elements);
    }
}

使用泛型

使用泛型可以提高代码的类型安全性，避免运行时的类型转换错误。例如：

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 使用泛型限定为 String 类型
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("apple");
        // 以下代码会编译错误
        // list.add(123);
    }
}

小结

ArrayList 是 Java 中一个非常实用的集合类，它提供了动态数组的功能，方便开发者处理各种数据集合。通过了解其基础概念、掌握使用方法、熟悉常见实践以及遵循最佳实践，开发者能够更加高效地使用 ArrayList，提高代码的质量和性能。

参考资料

• Oracle Java 文档 - ArrayList
• 《Effective Java》 - Joshua Bloch