Java 集合系列（二）ArrayList详解

一、ArrayList概述

ArrayList是Java中最常用的集合类之一，其底层是由数组实现的动态数组结构。与数组相比，ArrayList具有容量可动态增加、元素可动态删除、插入，方便灵活，更加适合实际业务需求。

二、ArrayList常用操作

1.创建ArrayList集合

通过无参构造器可以创建一个初始容量为10的ArrayList集合：

ArrayList<Object> list = new ArrayList<>();

通过指定初始容量的构造器可以创建一个指定初始容量的ArrayList集合：

ArrayList<Object> list = new ArrayList<>(20);

或者通过直接添加元素的方式来创建ArrayList集合：

ArrayList<Object> list = new ArrayList<>(Arrays.asList(1,2,3,4))

2.向ArrayList中添加元素

ArrayList集合通过调用add()方法来添加元素，示例代码：

ArrayList<Object> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add("list");
list.add(3.14);

3.获取ArrayList中的元素

通过调用get()方法可以获取ArrayList中指定索引位置的元素，示例代码：

System.out.println(list.get(0));  // 输出结果为1

4.修改ArrayList中的元素

通过调用set()方法可以修改ArrayList中指定索引位置的元素，示例代码：

list.set(1, "newList");

5.删除ArrayList中的元素

通过调用remove()方法可以删除ArrayList中指定元素，示例代码：

list.remove(0);  // 删除第一个元素

6.遍历ArrayList

通过for循环或者迭代器等方式可以对ArrayList进行遍历，示例代码：

for (Object obj : list) {
    System.out.println(obj);
}

三、ArrayList性能分析

1.数组扩容

ArrayList在执行添加元素操作时，如果发现当前数组的容量不足以容纳所有元素，就会进行数组扩容。扩容的基本算法是创建一个新的数组，并将原数组中的元素复制到新数组中。这个过程的时间复杂度为O(n)，其中n为列表的长度。

2.尾部添加元素

由于ArrayList底层是由数组实现的，因此它对于尾部添加元素的效率是非常高的，时间复杂度为O(1)。

3.中间插入、删除元素

由于ArrayList底层是由数组实现的，因此对于中间插入、删除元素的效率较低，时间复杂度为O(n)。

四、ArrayList示例

1.向一个ArrayList集合中添加10000个整数

本示例演示向ArrayList集合中添加10000个随机整数，以测试集合添加元素性能。测试程序如下：

public class ArrayListDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();

        long startTime = System.currentTimeMillis();

        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            list.add((int) (Math.random() * 10000));
        }

        long endTime = System.currentTimeMillis();

        long timeElapsed = endTime - startTime;

        System.out.println("ArrayList添加10000个元素的时间：" + timeElapsed + "ms");
    }
}

输出结果：

ArrayList添加10000个元素的时间：5ms

2.使用ArrayList实现顺序栈

本示例演示如何使用ArrayList实现简单的顺序栈数据结构，顺序栈的基本特点是后进先出。

import java.util.ArrayList;

public class ArrayStack {

    ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();

    public void push(int element) {
        list.add(element);
    }

    public int pop() {
        int lastIndex = list.size() - 1;
        int lastElement = list.get(lastIndex);
        list.remove(lastIndex);
        return lastElement;
    }
}

五、总结

本篇文章主要讲解了Java中的ArrayList集合，包括创建ArrayList、向ArrayList中添加元素、获取、修改、删除ArrayList中的元素、遍历ArrayList，以及ArrayList的性能分析。同时，本文还提供了两个示例，以演示ArrayList的常见用法。