Java集合 - ArrayList
ArrayList 是 Java 集合框架中最常用的动态数组实现类，位于 java.util 包中。它基于数组实现，支持动态扩容和随机访问。
1. 特点
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动态数组：
ArrayList的底层是一个数组，可以根据需要动态扩展容量。 -
有序：元素按照插入顺序存储，支持按索引访问。
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允许重复元素：可以存储重复的元素。
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允许 null 值：可以存储
null值。 -
非线程安全：
ArrayList不是线程安全的，多线程环境下需要额外同步。 -
随机访问高效：基于数组实现，随机访问的时间复杂度为 O(1)。
2. 常用方法
2.1 添加元素
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add(E e)：在列表末尾添加元素。 -
add(int index, E element)：在指定位置插入元素。
2.2 删除元素
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remove(int index)：删除指定位置的元素。 -
remove(Object o)：删除第一个匹配的元素。
2.3 获取元素
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get(int index)：获取指定位置的元素。
2.4 修改元素
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set(int index, E element)：修改指定位置的元素。
2.5 查找元素
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contains(Object o)：判断是否包含指定元素。 -
indexOf(Object o)：返回指定元素第一次出现的索引。 -
lastIndexOf(Object o)：返回指定元素最后一次出现的索引。
2.6 其他常用方法
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size()：返回列表中的元素数量。 -
isEmpty()：判断列表是否为空。 -
clear()：清空列表中的所有元素。 -
toArray()：将列表转换为数组。
底层实现
3.1 核心字段
ArrayList的核心字段为elementData和size
transient Object[] elementData; // 存储元素的数组
private int size; // 当前元素的数量-
elementData：是一个Object类型的数组，用于存储集合中的元素。 -
size：表示当前ArrayList中实际存储的元素数量。
3.2 动态扩容
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当数组容量不足时，
ArrayList会自动扩容。 -
扩容机制：
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新容量通常是旧容量的 1.5 倍（
oldCapacity + (oldCapacity >> 1)）。 -
如果新容量仍然不足，则直接使用所需的最小容量。
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扩容时需要创建新数组并复制元素，时间复杂度为 O(n)。
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3.3 初始容量
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默认初始容量为 10。
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可以通过构造方法指定初始容量：
ArrayList<String> list = new ArrayList<>(100); // 初始容量为 100
线程安全
ArrayList 是 非线程安全 的。在多线程环境下，可能会出现以下问题：
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数据不一致：多个线程同时修改
ArrayList时，可能会导致数据丢失或错误。 -
并发修改异常：在使用迭代器遍历时，如果另一个线程修改了
ArrayList，可能会抛出ConcurrentModificationException。
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使用
Collections.synchronizedList：List<String> synchronizedList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>()); -
使用
CopyOnWriteArrayList：List<String> copyOnWriteArrayList = new CopyOnWriteArrayList<>()
性能分析
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随机访问(通过下标)：基于数组实现，随机访问的时间复杂度为 O(1)。
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查找元素(未知下标): 时间复杂度O(n)，通过二分查找的时间复杂度O(logn)。
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插入和删除：
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在末尾插入或删除元素的时间复杂度为 O(1)。
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在中间或开头插入或删除元素的时间复杂度为 O(n)，因为需要移动元素。
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扩容：扩容的时间复杂度为 O(n)。
总结
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ArrayList是基于动态数组实现的集合，支持随机访问和动态扩容。 -
默认初始容量为 10，扩容时容量增加为原来的 1.5 倍。
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非线程安全，适合单线程环境使用。
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在多线程环境下，可以使用
Collections.synchronizedList或CopyOnWriteArrayList来保证线程安全。 -
适用于需要频繁访问元素但较少插入和删除的场景。