java ArrayList集合

ArrayList 是 Java 中最常用的集合类之一，它位于 java.util 包中，属于 List 接口的实现类。ArrayList 基于数组实现，可以动态调整大小，允许存储重复元素，并支持快速的随机访问操作。

集合和数组的优势对比：

1. 长度可变
2. 添加数据的时候不需要考虑索引，默认将数据添加到末尾

下面详细介绍 ArrayList 的各个方面。

1. ArrayList 的基本概念

ArrayList 是一个动态数组，其内部通过数组来存储元素。它允许按索引位置访问元素，因此具有高效的随机访问性能。但是，当涉及到插入或删除元素时，尤其是在列表的中间或开始位置时，ArrayList 的性能可能会受到影响，因为需要移动数组中的其他元素。

1.1 ArrayList类概述

• 什么是集合

  ​ 提供一种存储空间可变的存储模型，存储的数据容量可以发生改变

• ArrayList集合的特点

  ​ 长度可以变化，只能存储引用数据类型。

• 泛型的使用

  ​ 用于约束集合中存储元素的数据类型

2. 创建 ArrayList

你可以通过多种方式创建一个 ArrayList。

2.1 创建一个空的 ArrayList：

ArrayList<String> list = new ArrayList<>();

这会创建一个空的 ArrayList，其初始容量是 10（默认值）。当添加的元素超过当前容量时，ArrayList 会自动扩展容量。

2.2 创建一个具有指定初始容量的 ArrayList：

ArrayList<String> list = new ArrayList<>(20);  // 初始容量为 20

这种方式适用于当你已经知道大概会有多少元素需要存储时，可以避免 ArrayList 多次扩展容量带来的性能开销。

2.3 使用现有集合创建 ArrayList：

你还可以通过将一个现有的集合（如 List 或 Set）传递给 ArrayList 构造函数来创建一个新的 ArrayList。

ArrayList<String> list = new ArrayList<>(existingList);

3. 常用方法

3.1 添加元素

你可以通过 add() 方法将元素添加到 ArrayList 中：

list.add("Apple");
list.add("Banana");
list.add("Orange");

• add(E e)：将元素添加到列表的末尾。
• add(int index, E element)：在指定位置插入元素，其他元素会向后移动。

3.2 访问元素

你可以通过 get() 方法访问指定索引位置的元素：

String fruit = list.get(1);  // 获取索引为 1 的元素

• get(int index)：返回指定位置的元素。

3.3 修改元素

你可以通过 set() 方法修改指定索引位置的元素：

list.set(1, "Mango");  // 将索引 1 的元素改为 "Mango"

• set(int index, E element)：用指定的元素替换指定位置的元素。

3.4 删除元素

删除元素的方法有多种：

通过索引删除：

list.remove(1);  // 删除索引为 1 的元素

通过元素删除：

list.remove("Orange");  // 删除元素 "Orange"

• remove(int index)：根据索引删除元素。
• remove(Object o)：根据元素删除元素。

3.5 获取大小

ArrayList 提供了 size() 方法来获取当前列表中元素的个数：

int size = list.size();  // 获取 ArrayList 的大小

• size()：返回列表中元素的数量。

3.6 检查元素是否存在

可以使用 contains() 方法来检查 ArrayList 中是否包含某个元素：

boolean containsApple = list.contains("Apple");
System.out.println(containsApple);  // 输出: true

• contains(Object o)：检查 ArrayList 是否包含指定的元素。

3.7 清空列表

使用 clear() 方法可以删除 ArrayList 中的所有元素：

list.clear();  // 清空 ArrayList

• clear()：移除所有的元素。

3.8 检查是否为空

使用 isEmpty() 方法检查 ArrayList 是否为空：

boolean isEmpty = list.isEmpty();
System.out.println(isEmpty);  // 输出: false (如果列表不为空)

• isEmpty()：如果 ArrayList 为空，返回 true。

3.9 获取索引

你可以使用 indexOf() 方法来获取元素的索引，如果元素存在，返回其第一个出现的位置，若不存在则返回 -1。

int index = list.indexOf("Banana");  // 获取元素 "Banana" 的索引

• indexOf(Object o)：返回指定元素的索引位置。

3.10 子列表

你可以通过 subList() 方法获取一个指定区间的子列表：

List<String> sublist = list.subList(0, 2);  // 获取从索引 0 到 2 的子列表

• subList(int fromIndex, int toIndex)：返回一个包含指定范围元素的子列表。

4. 遍历 ArrayList

ArrayList 提供了多种方式来遍历其元素，常用的有以下几种：

4.1 使用增强型 for 循环：

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

4.2 使用传统 for 循环：

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

4.3 使用 Iterator：

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

4.4 使用 Java 8 的 forEach() 方法：

list.forEach(fruit -> System.out.println(fruit));

5. 性能特点

ArrayList 提供了高效的随机访问性能，但在某些操作上可能会遇到性能瓶颈：

5.1 访问操作：O(1)

ArrayList 提供常数时间复杂度（O(1)）的随机访问性能。这意味着你可以快速地通过索引访问任何元素。

5.2 插入和删除操作：O(n)

在数组中间或开头插入或删除元素时，由于需要移动其他元素，因此时间复杂度为 O(n)。但在末尾插入或删除元素的时间复杂度为 O(1)，因为它不需要移动其他元素。

5.3 扩容：O(n)

ArrayList 会在需要时扩展其内部数组。当数组的容量达到上限时，ArrayList 会创建一个更大的数组，并将原始数组的元素复制到新的数组中。这种扩容操作的时间复杂度是 O(n)。

6. 扩容机制

ArrayList 会在元素数量超出当前容量时自动扩容。默认情况下，当数组的容量达到上限时，ArrayList 会将容量扩大为原来的 1.5 倍。例如，假设初始容量为 10，当容量满时，它会扩展到 15。当扩展时，ArrayList 会创建一个新的更大的数组，并将原数组的所有元素复制到新的数组中。