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‌ArrayList 的核心工作原理‌

ArrayList 是 Java 中基于 ‌动态数组‌ 实现的高效列表，核心机制如下：

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‌1. 底层数据结构‌

• ‌动态数组‌：内部使用 Object[] elementData 存储元素，支持动态扩容‌。
• ‌内存连续‌：元素在内存中连续分配，‌随机访问性能高‌（时间复杂度 O(1)）‌。

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‌2. 自动扩容机制‌

• ‌默认初始容量‌：10（空构造方法初始化时数组为空，首次添加元素时扩容到 10）‌。
• ‌触发条件‌：当添加元素时，若当前容量不足（size >= elementData.length），触发扩容‌。
• ‌扩容策略‌：

  // 新容量 = 旧容量 + 旧容量右移1位（即旧容量的1.5倍）
  int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
  

  若仍不足，则直接扩容到所需的最小容量（如 addAll(Collection) 时）‌。

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‌3. 增删改查操作‌

• ‌添加元素‌：
  • 尾部追加（add(E e)）：直接插入，时间复杂度 O(1)‌。
  • 指定位置插入（add(int index, E e)）：需移动后续元素，时间复杂度 O(n)‌。
• ‌删除元素‌：
  • 删除末尾元素（remove(int index)）：时间复杂度 O(1)。
  • 删除中间元素：需移动后续元素，时间复杂度 O(n)‌。
• ‌查询元素‌：通过索引直接访问（get(int index)），时间复杂度 O(1)‌。

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‌4. 线程安全性‌

• ‌非线程安全‌：默认未加锁，多线程并发修改可能导致数据不一致或 ConcurrentModificationException‌。
• ‌同步方案‌：

  List<String> synchronizedList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
  

  或使用 CopyOnWriteArrayList（读多写少场景）‌。

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‌5. 快速失败机制（Fail-Fast）‌

• ‌迭代器行为‌：迭代过程中若检测到结构性修改（如增删元素），立即抛出 ConcurrentModificationException‌。
• ‌实现原理‌：通过 modCount 字段记录修改次数，迭代时检查是否与预期一致‌。

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‌6. 性能优化建议‌

• ‌预分配容量‌：若已知数据量，初始化时指定容量避免频繁扩容‌。

  ArrayList<String> list = new ArrayList<>(1000); // 初始容量1000
  

• ‌避免频繁中间插入/删除‌：大量中间操作时，优先考虑 LinkedList‌。

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‌核心源码解析‌

// 添加元素（触发扩容）
public boolean add(E e) {ensureCapacityInternal(size + 1);  // 检查容量elementData[size++] = e;          // 尾部插入return true;
}// 扩容逻辑
private void grow(int minCapacity) {int oldCapacity = elementData.length;int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // 1.5倍扩容if (newCapacity < minCapacity) newCapacity = minCapacity;elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

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‌对比其他集合‌

‌维度‌	‌ArrayList‌	‌LinkedList‌	‌Vector‌
数据结构	动态数组	双向链表	动态数组（线程安全）
随机访问性能	O(1)	O(n)	O(1)
中间插入/删除	O(n)	O(1)	O(n)
线程安全	否	否	是（同步锁）

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‌总结‌

• ‌适用场景‌：读多写少、需要频繁随机访问、内存占用敏感的场景（如缓存列表）。
• ‌避坑指南‌：避免多线程直接操作，预估容量减少扩容开销，优先用 Iterator 遍历。
• ‌扩展思考‌：在 Java 8+ 中，ArrayList 的 spliterator() 支持并行流处理（需注意线程安全）。