【Java集合系列】---ArrayList

2023-01-31 11:17:12

开篇前言--ArrayList中的基本方法

前面的博文中，小编主要简单介绍java集合的总体架构，在接下来的博文中，小编将详细介绍里面的各个类，通过demo、对比，来对java集合类进行更加深入的理解和认识，希望可以帮助有有需要的小伙伴们`(*∩_∩*)′，不足之处，还请小伙伴们多多指教哦`(*∩_∩*)′。今天这篇博文，小编主要介绍List接口中的ArrayList集合，ArrayList即数组列表，so，她肯定和数组有一定的关系，我们知道List集合的特征有两个，一个是有序；第二个List里面的集合可以重复，既然ArrayList实现了List接口，那么毫无疑问，她肯定也存在这两个特征，我们来看一个简单的demo。新建一个class，命名为ArrayListTest，编写相关代码，如下所示：

package j2se.demo;

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListTest {
	public static void main(String[] args) {
		ArrayList arrayList = new ArrayList();
		arrayList.add("hello");
		arrayList.add("world");
		arrayList.add("java");

		String s1=(String) arrayList.get(0);
		String s2=(String)arrayList.get(1);
		String s3=(String)arrayList.get(2);

		System.out.println(s1);
		System.out.println(s2);
		System.out.println(s3);

	}

}

运行效果如下所示：

以上是ArrayList的基本用法，接着，我们来修改代码，ArrayList可以添加重复的元素，我们来看下面的代码部分：

package j2se.demo;

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListTest {
	public static void main(String[] args) {
		ArrayList arrayList = new ArrayList();
		arrayList.add("hello");
		arrayList.add("world");
		arrayList.add("java");
		arrayList.add("java");

		String s1=(String) arrayList.get(0);
		String s2=(String)arrayList.get(1);
		String s3=(String)arrayList.get(2);
		String s4=(String)arrayList.get(3);

		System.out.println(s1);
		System.out.println(s2);
		System.out.println(s3);
		System.out.println(s4);

	}

}

运行效果如下所示：

通过运行结果我们知道，说明第二个“java”已经添加进去了，我们发现，ArrayList是通过add进行添加的操作，通过get方法取出来；我们接着来看，size这个方法，返回列表中元素的个数；可是呢，取数据的时候一个一个取，非常的麻烦，所以，我们可以写一个循环，如下所示：

package j2se.demo;

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListTest {
	public static void main(String[] args) {
		ArrayList arrayList = new ArrayList();
		arrayList.add("hello");
		arrayList.add("world");
		arrayList.add("java");
		arrayList.add("java");

		String s1=(String) arrayList.get(0);
		String s2=(String)arrayList.get(1);
		String s3=(String)arrayList.get(2);
		String s4=(String)arrayList.get(3);

		System.out.println(s1);
		System.out.println(s2);
		System.out.println(s3);
		System.out.println(s4);

		System.out.println("----------");

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

	}

}

运行效果如下所示：

size方法，用于获取集合中元素的个数，接着我们来看Clear（）方法，编写相关代码，如下所示：

package j2se.demo;

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListTest {
	public static void main(String[] args) {
		ArrayList arrayList = new ArrayList();
		arrayList.add("hello");
		arrayList.add("world");
		arrayList.add("java");
		arrayList.add("java");

		String s1=(String) arrayList.get(0);
		String s2=(String)arrayList.get(1);
		String s3=(String)arrayList.get(2);
		String s4=(String)arrayList.get(3);

		System.out.println(s1);
		System.out.println(s2);
		System.out.println(s3);
		System.out.println(s4);

		System.out.println("----------");

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

		arrayList.clear();
		System.out.println(arrayList.size());

	}

}

运行效果如下所示：

接着，我们来看一下isEmpty这个方法，这个方法是用来判断集合中是否有内容的一个方法，编写相关代码，如下所示：

package j2se.demo;

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListTest {
	public static void main(String[] args) {
		ArrayList arrayList = new ArrayList();
		arrayList.add("hello");
		arrayList.add("world");
		arrayList.add("java");
		arrayList.add("java");

		String s1=(String) arrayList.get(0);
		String s2=(String)arrayList.get(1);
		String s3=(String)arrayList.get(2);
		String s4=(String)arrayList.get(3);

		System.out.println(s1);
		System.out.println(s2);
		System.out.println(s3);
		System.out.println(s4);

		System.out.println("----------");

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

		arrayList.clear();
		System.out.println(arrayList.isEmpty());

	}

}

运行效果如下所示：

接着看，如何删除一个元素呢，remove，删除一个根据元素，我们可以根据索引删除，还可以根据具体的对象进行删除，编写相关代码，如下所示：

package j2se.demo;

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListTest {
	public static void main(String[] args) {
		ArrayList arrayList = new ArrayList();
		arrayList.add("hello");
		arrayList.add("world");
		arrayList.add("java");
		arrayList.add("java");

		String s1=(String) arrayList.get(0);
		String s2=(String)arrayList.get(1);
		String s3=(String)arrayList.get(2);
		String s4=(String)arrayList.get(3);

		System.out.println(s1);
		System.out.println(s2);
		System.out.println(s3);
		System.out.println(s4);

		System.out.println("----------");

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

//		arrayList.clear();
//		System.out.println(arrayList.isEmpty());

		arrayList.remove(0);
		System.out.println("----------");
		for(int i = 0 ;i<arrayList.size();i++){
			System.out.println(arrayList.get(i));
		}

	}

}

运行，如下所示：

除此之外，我们还可以根据索引进行删除，编写相关代码，如下所示：

package j2se.demo;

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListTest {
	public static void main(String[] args) {
		ArrayList arrayList = new ArrayList();
		arrayList.add("hello");
		arrayList.add("world");
		arrayList.add("java");
		arrayList.add("java");

		String s1=(String) arrayList.get(0);
		String s2=(String)arrayList.get(1);
		String s3=(String)arrayList.get(2);
		String s4=(String)arrayList.get(3);

		System.out.println(s1);
		System.out.println(s2);
		System.out.println(s3);
		System.out.println(s4);

		System.out.println("----------");

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

//		arrayList.clear();
//		System.out.println(arrayList.isEmpty());

		arrayList.remove(0);
		arrayList.remove("java");
		System.out.println("----------");
		for(int i = 0 ;i<arrayList.size();i++){
			System.out.println(arrayList.get(i));
		}

	}

}

效果如下所示：

接着，我们添加两个元素，打印，indexOf某个对象的索引在哪个位置上，代码如下所示：

package j2se.demo;

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListTest {
	public static void main(String[] args) {
		ArrayList arrayList = new ArrayList();
		arrayList.add("hello");
		arrayList.add("world");
		arrayList.add("java");
		arrayList.add("java");

		String s1=(String) arrayList.get(0);
		String s2=(String)arrayList.get(1);
		String s3=(String)arrayList.get(2);
		String s4=(String)arrayList.get(3);

		System.out.println(s1);
		System.out.println(s2);
		System.out.println(s3);
		System.out.println(s4);

		System.out.println("----------");

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

//		arrayList.clear();
//		System.out.println(arrayList.isEmpty());

		arrayList.remove(0);
		arrayList.remove("java");
		System.out.println("----------");
		for(int i = 0 ;i<arrayList.size();i++){
			System.out.println(arrayList.get(i));
		}

		System.out.println("----------");
		arrayList.add("aaa");
		arrayList.add("bbb");
		System.out.println(arrayList.indexOf("aaa"));

	}

}

运行，效果如下所示：

接着，我们新建一个类ArrayListTest1，编写相关代码：

package j2se.demo;

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListTest1 {

	public static void main(String[] args) {
		ArrayList list = new ArrayList();

		list.add("hello");
		list.add(new Integer(2));

		String str=(String)list.get(0);
		Integer in = (Integer)list.get(1);

		System.out.println(str);
		System.out.println(in);

	}

}

运行效果如下所示：

ArrayList本身接收的是对象，取出来的时候我们需要把他转换成我们放进去的相应的类型。再来新建一个类ArrayListTest2，如何把集合转成数组呢？编写代码，如下所示：

package j2se.demo;

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListTest2 {
	public static void main(String[] args) {

		ArrayList list = new ArrayList();
		list.add(new Integer(1));
		list.add(new Integer(2));
		list.add(new Integer(3));
		list.add(new Integer(4));
		list.add(new Integer(5));
		list.add(new Integer(6));

		/**
		 * 不能将Object[]转换成Integer[]
		 */
		Object[] in = list.toArray();
		for(int i = 0 ;i<in.length;i++){
			System.out.println(((Integer)in[i]).intValue());
		}
	}

}

运行如下所示：

ArrayList底层部分源码实现

前面介绍的都是ArrayList的基本方法，小伙伴们可以查询API文档，接着，我们来看ArrayList她自己本身是如何实现的，首先：

a、对于任何一个集合来说，集合中存放的是对象的引用，而不是对象本身。
b、ArrayList底层采用数组实现，当使用不带参数的构成方法生成ArrayList对象的时候，实际上会在底层生成一个长度为10的Object类型数组。简单来说ArrayList内部实现是数组。
c、如果增加的元素个数超过了10个，那么ArrayList底层会新生成一个数组，长度为原来数组的1.5倍，然后将原数组的内容复制到新数组中，并且后续增加的内容都会放到新数组当中，当新数组无法容纳增加的元素时，重复该过程。集合中不能放入原生数据类型，只能放置对象的引用，我们需要使用原生数据类型的包装类才能加入到集合当中。我们来看看ArrayList底层的部分源码：

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
    private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;

    //设置arrayList默认容量
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

    //空数组，当调用无参数构造函数的时候默认给个空数组
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    //这才是真正保存数据的数组
    private transient Object[] elementData;

    //arrayList的实际元素数量
    private int size;

    //构造方法传入默认的capacity 设置默认数组大小
    public ArrayList(int initialCapacity) {
        super();
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        this.elementData = new Object[initialCapacity];
    }

    //无参数构造方法默认为空数组
    public ArrayList() {
        super();
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

    //构造方法传入一个Collection， 则将Collection里面的值copy到arrayList
    public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
        elementData = c.toArray();
        size = elementData.length;
        // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
        if (elementData.getClass() != Object[].class)
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
    }

    //下面主要看看ArrayList 是如何将数组进行动态扩充实现add 和 remove

    public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

    public void add(int index, E element) {
        rangeCheckForAdd(index);

        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                         size - index);
        elementData[index] = element;
        size++;
    }

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

        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }

    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;

        //超出了数组可容纳的长度，需要进行动态扩展
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }

    //这才是动态扩展的精髓，看到这个方法，ArrayList瞬间被打回原形
    private void grow(int minCapacity) {
        int oldCapacity = elementData.length;
        //设置新数组的容量扩展为原来数组的1.5倍
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        //再判断一下新数组的容量够不够，够了就直接使用这个长度创建新数组，
        //不够就将数组长度设置为需要的长度
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        //判断有没超过最大限制
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        //将原来数组的值copy新数组中去， ArrayList的引用指向新数组
        //这儿会新创建数组，如果数据量很大，重复的创建的数组，那么还是会影响效率，
        //因此鼓励在合适的时候通过构造方法指定默认的capaticy大小
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

    private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
    }

}

so，小伙伴们发现了没有，ArrayList 她骨子里面的本质就是数组， ArrayList就是对数组进行动态的扩展，其add, get , remove 等等操作就是对数组的操作。 ArrayList的一些特性都来源于数组：有序、元素可重复、插入慢、索引快等等一系列神马所谓的属性，有没有一种被欺骗了的赶脚`(*∩_∩*)′。

ArrayList中的遍历

我们来看一下ArrayList中的遍历，ArrayList支持三种遍历方式。

第一种：通过迭代器遍历，即通过Iterator去遍历

Integer value = null;
Iterator iter = list.iterator();
while (iter.hasNext()) {
    value = (Integer)iter.next();
}

第二种：随机访问，通过索引值去遍历，因为ArrayList实现了RandomAccess接口，so，她支持通过索引值去随机访问元素：

Integer value = null;
int size = list.size();
for (int i=0; i<size; i++) {
    value = (Integer)list.get(i);
}

第三种：for循环遍历，如下所示：

Integer value = null;
for (Integer integ:list) {
    value = integ;
}

接着，我们通过一个demo比较一下这三种遍历方式：

package j2se.demo;
import java.util.*;
import java.util.concurrent.*;

/*
 * @desc ArrayList遍历方式和效率的测试程序。
 *
 * @author 丁国华
 */
public class ArrayListRandomAccessTest {

    public static void main(String[] args) {
        List list = new ArrayList();
        for (int i=0; i<100000; i++)
            list.add(i);
        iteratorThroughRandomAccess(list) ;
        iteratorThroughIterator(list) ;
        iteratorThroughFor2(list) ;

    }

    private static void isRandomAccessSupported(List list) {
        if (list instanceof RandomAccess) {
            System.out.println("RandomAccess implemented!");
        } else {
            System.out.println("RandomAccess not implemented!");
        }

    }

    public static void iteratorThroughRandomAccess(List list) {

        long startTime;
        long endTime;
        startTime = System.currentTimeMillis();
        for (int i=0; i<list.size(); i++) {
            list.get(i);
        }
        endTime = System.currentTimeMillis();
        long interval = endTime - startTime;
        System.out.println("iteratorThroughRandomAccess：" + interval+" ms");
    }

    public static void iteratorThroughIterator(List list) {

        long startTime;
        long endTime;
        startTime = System.currentTimeMillis();
        for(Iterator iter = list.iterator(); iter.hasNext(); ) {
            iter.next();
        }
        endTime = System.currentTimeMillis();
        long interval = endTime - startTime;
        System.out.println("iteratorThroughIterator：" + interval+" ms");
    }

    public static void iteratorThroughFor2(List list) {

        long startTime;
        long endTime;
        startTime = System.currentTimeMillis();
        for(Object obj:list);
        endTime = System.currentTimeMillis();
        long interval = endTime - startTime;
        System.out.println("iteratorThroughFor2：" + interval+" ms");
    }
}

运行效果，如下所示：

由此可见，遍历ArrayList时，使用随机访问(即，通过索引序号访问)效率最高，而使用迭代器的效率最低！

ArrayList的优缺点

接着，我们来看一下ArrayList的优缺点：

从上面的几个过程总结一下ArrayList的优缺点。ArrayList的优点如下：
a、ArrayList底层以数组实现，是一种随机访问模式，再加上它实现了RandomAccess接口，因此查找速度快；
b、ArrayList在顺序添加一个元素的时候非常方便，只是往数组里面添加了一个元素而已；
ArrayList的缺点：
a、删除元素的时候，涉及到一次元素复制，如果要复制的元素很多，那么就会比较耗费性能
b、插入元素的时候，涉及到一次元素复制，如果要复制的元素很多，那么就会比较耗费性能
因此，ArrayList比较适合顺序添加、随机访问的场景。在后面的博文中，小编将介绍LinkedList，等介绍完LinkedList之后，我们把她们两个放在一起进行对比。

ArrayList线程问题

再说ArrayList线程问题之前，我们需要了解一下，什么是线程安全？什么是线程不安全？线程安全就是多线程访问的时候，采用了加锁机制，当一个线程访问该类的某个数据的时候，进行保护，其他线程不能进行访问直到该线程读取完，其他线程才可以使用，不会出现数据不一致或者数据污染。线程不安全就是不提供数据访问保护，有可能出现多个线程先后更改数据造成所得到的数据是脏数据。那么为什么ArrayList为什么线程不安全呢？我们知道ArrayList在添加一个元素的时候，需要两个步骤，第一步在Items[Size]的位置存放此元素，第二步增大Size的值，在单线程运行的情况，比如两个苹果两个人吃，一个人吃一个，这个是并发的，互不影响，但是如果一个人吃两个苹果，要保证同时吃完，就需要这个苹果吃一点，停下来再去吃一点另一个苹果，既然Add方法内部是需要分两步走，那就是线程A在0的位置赋了一个值，然后停下来去B线程ArrayList 0的位置又赋了一个值，其实是重复在一个位置赋值，然后回到A线程，执行Size增加，也就是ArrayList的大小增加了，原来Size是1，现在变成2，然后停下来继续执行线程B，又增加了一个空间位置，size大小就变成了3，结果就是0的位置有值，1和2的索引位置都没有值实际大小是3，跟想要的结果0和1赋不同的值，结果不对，so线程不安全。那么我们如何解决ArrayList中线程不安全的问题呢？

a、继承Arraylist，然后重写或按需求编写自己的方法，这些方法要写成synchronized，在这些synchronized的方法中调用ArrayList的方法。
b、List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList());

小编寄语：该博文，小编主要介绍了List接口实现中的ArrayList集合，通过讲解ArrayList基本方法，加上相关的demo进行联系，接着介绍ArrayList的底层相关源码，满满的都是套路，有么有`(*∩_∩*)′，接着介绍了ArrayList集合中的遍历，ArrayList中的优缺点以及线程问题，ArrayList支持自动改变大小的功能，灵活的插入和删除元素，但是ArrayList跟一般的数组比起来，速度上稍逊风骚，今天的arrayList介绍到这里就要跟小伙伴们再见了，在下篇博文中小编就介绍LinkedList，尽请期待`(*∩_∩*)′！

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