ArrayList数据结构数组

在Java中，ArrayList 是一种基于数组实现的数据结构，它是 List 接口的一个常用实现。ArrayList 提供了动态数组的功能，可以在运行时动态地调整数组的大小。以下是对 ArrayList 的源码分析和使用示例。

基本数据结构

ArrayList 的内部数据结构基本上是一个数组。在Java的 ArrayList 类中，这个数组是用 Object[] 类型定义的，可以容纳任何类型的对象。

关键属性

ArrayList 主要有如下几个关键属性：

1. Object[] elementData：这是存储ArrayList元素的数组。
2. int size：表示ArrayList中实际存储的元素数量。

构造函数

ArrayList 提供几个构造函数，最常用的有：

• ArrayList()：创建一个空列表。
• ArrayList(int initialCapacity)：创建一个具有指定初始容量的空列表。
• ArrayList(Collection c)：创建一个包含指定集合的元素的列表。

动态扩容

当向 ArrayList 添加元素时，如果内部数组已满，就需要进行扩容。默认情况下，每次扩容会增长50%的容量。

源码解析（部分）

以下代码是ArrayList的一部分简化版本，用于展示动态扩容的逻辑：

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; // 默认的数组大小
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    transient Object[] elementData; // 存储ArrayList元素的数组
    private int size; // ArrayList中元素的个数

    public ArrayList(int initialCapacity) {
        if (initialCapacity > 0) {
            this.elementData = new Object[initialCapacity];
        } else if (initialCapacity == 0) {
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        } else {
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: " + initialCapacity);
        }
    }

    public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1); // 确保容量
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        if (elementData == EMPTY_ELEMENTDATA) {
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }

        if (minCapacity - elementData.length > 0) {
            grow(minCapacity);
        }
    }

    private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // 增长50%
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }
}

代码演示

以下是如何使用 ArrayList 的一个简单示例：

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");

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

        // 获取元素
        String item = list.get(1);
        System.out.println("The second fruit is: " + item);

        // 数组大小
        int size = list.size();
        System.out.println("The size of the list is: " + size);

        // 删除元素
        list.remove("Banana");
        System.out.println("After removal: " + list);
    }
}

细节详尽

一些重要的点需要注意：

1. 线程不安全：ArrayList 不是线程安全的。如果多线程环境中需要使用 ArrayList，则必须通过外部方法来同步访问。

2. 快速失败迭代器：ArrayList 的迭代器是快速失败的，即在迭代过程中如果集合被修改了，则会抛出 ConcurrentModificationException。

3. 空间复杂度：ArrayList 有可能持有比其实际元素数量更多的内存，因为它可能会预留额外的空间以减少扩容操作。

通过这样深入、详尽的解析和代码示例，我们可以全面地理解 ArrayList 的工作原理和使用方式，并在实际编程中根据需要做出合适的选择。