Java ArrayList(单列集合)
ArrayList 是 Java 中最常用的一个集合类，它属于 java.util 包。ArrayList 实现了 List 接口，提供了动态数组的功能。与普通数组不同，ArrayList 在元素增删时会自动调整大小，因此它的大小是可变的。
1. ArrayList 的基本特性
- 动态大小：ArrayList 会根据需要自动扩展或收缩其大小，避免了固定大小数组的限制。
- 索引访问：ArrayList 允许通过索引访问元素，支持快速随机访问。
- 存储类型：它可以存储任何类型的对象（包括自定义对象），但不支持原始数据类型（如 int、char），只能存储它们的包装类（如 Integer、Character）。
2. ArrayList 的构造方法
ArrayList 提供了几种构造方法：
2.1默认构造方法：
创建一个初始容量为 10 的空列表。
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
2.2 指定初始容量：
创建一个指定初始容量的空列表。如果你预估会存储大量元素，指定初始容量可以避免多次扩展。
ArrayList<String> list = new ArrayList<>(20);
2.3 从集合创建：
可以通过另一个 Collection（如 List、Set）来创建一个新的 ArrayList。
ArrayList<String> list = new ArrayList<>(anotherList);
3. ArrayList 的常用方法
3.1 添加元素
- add(E e)：将元素添加到列表的末尾。
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Apple");
list.add("Banana");
- add(int index, E element)：在指定位置插入元素，后续元素会向右移动。
list.add(1, "Orange"); // 在索引 1 处插入 "Orange"
3.2 获取元素
- get(int index)：获取指定位置的元素。
String fruit = list.get(0); // 获取索引 0 位置的元素，返回 "Apple"
3.3 修改元素
- set(int index, E element)：将指定位置的元素替换为新的元素。
list.set(1, "Grapes"); // 将索引 1 处的元素替换为 "Grapes"
3.4 删除元素
- remove(int index)：移除指定位置的元素。
list.remove(1); // 移除索引 1 处的元素（"Banana"）
- remove(Object o)：移除首次出现的指定元素。
list.remove("Apple"); // 移除 "Apple"
3.5 查询元素
- contains(Object o)：检查列表中是否包含指定元素。
boolean containsApple = list.contains("Apple"); // 返回 true 或 false
- indexOf(Object o)：返回指定元素首次出现的位置。如果元素不存在，返回 -1。
int index = list.indexOf("Grapes"); // 返回索引位置，若无则返回 -1
3.6 获取列表大小
- size()：返回列表中元素的数量。
int size = list.size(); // 返回元素个数
3.7 清空列表
- clear()：移除所有元素，列表变为空。
list.clear(); // 清空列表
3.8 检查列表是否为空
- isEmpty()：判断列表是否为空。
boolean isEmpty = list.isEmpty(); // 返回 true 或 false
4. ArrayList 的性能特点
- 访问性能：ArrayList 支持 O(1) 的随机访问，可以通过索引快速获取元素。
- 插入和删除性能：
在列表的末尾插入元素是 O(1) 时间复杂度。
在列表的中间或开头插入或删除元素是 O(n) 时间复杂度，因为需要移动元素。
- 内存管理：当 ArrayList 的容量超过当前大小时，它会自动扩展，通常扩展为原容量的 1.5 倍左右。因此，ArrayList
比固定大小的数组要灵活，但也可能会因为多次扩展而浪费内存。
5. ArrayList 与其他 List 实现类的对比
ArrayList 是实现 List 接口的最常见类之一，但它与其他实现类如 LinkedList 有一些区别：
- ArrayList：基于数组实现，适合于频繁访问元素的情况（O(1) 时间复杂度）。但是在插入和删除时，特别是在中间或开头进行操作时，性能较差（O(n) 时间复杂度）。
- LinkedList：基于双向链表实现，适合于频繁插入和删除的情况。访问元素的时间复杂度是
O(n)，但是插入和删除操作相对更高效（O(1) 时间复杂度）。
6. 常见的使用场景
- 动态数组：当你需要一个能够动态增长的数组，并且频繁进行随机访问时，ArrayList 是一个理想的选择。
- 内存空间较大时：ArrayList 会动态调整其容量，适合存储元素数量较多的场景。
- 访问元素频繁：因为 ArrayList 支持 O(1) 的随机访问，所以在频繁访问元素时，它的性能比较好。
7. ArrayList 的扩容机制
当 ArrayList 需要扩容时，它会创建一个新的数组，容量为原数组的 1.5 倍，然后将原数组的内容复制到新数组中。因此，如果频繁添加元素到 ArrayList 中，可以提前指定一个合适的初始容量来避免不必要的扩容操作。
8. 总结
- ArrayList 是一个灵活且常用的动态数组实现，适合需要频繁随机访问元素的场景。
- 它提供了丰富的操作方法来添加、删除、修改和查询元素。
- ArrayList 不是线程安全的，在多线程环境中需要额外的同步处理。
- 与其他 List 实现类（如 LinkedList）相比，ArrayList
更适合用于频繁访问元素的场景，但插入和删除效率较低，尤其是在中间部分。