Java中的ArrayList：Java中最常用的动态数组，你了解多少？

灰太狼 2023-10-15 21:18 3阅读 0赞

## 前言 ##

在Java语言中，数组的大小是在创建时就已经确定的，而且一旦确定之后也不能再次改变。为了弥补这个不足，Java提供了ArrayList类，它封装了一个动态的可增长的对象数组。ArrayList比数组具有更大的灵活性和更方便的方法。本文将对ArrayList的原理与使用进行详细介绍。

## 摘要 ##

本文将介绍以下内容:

*  ArrayList是什么，它有哪些特点；
 *  ArrayList的源码实现与详细解析；
 *  ArrayList的常用方法介绍；
 *  ArrayList的测试用例；
 *  全文小结。

## ArrayList是什么？ ##

ArrayList是Java中最常用的动态数组。它是List接口的一个实现，可以自动扩容，支持增删改查操作。与数组相比，ArrayList有以下几个优势：

*  可以自动扩容，动态添加元素；
 *  方便进行元素的增删改查操作；
 *  支持泛型，用于存储任意类型的对象。

## ArrayList源码实现与详解 ##

### ArrayList结构 ###

在Java中，ArrayList实际上是封装了一个数组。这个数组通过构造函数传入一个初始化的容量大小，可以随着元素的增加自动扩容。

java
    
    复制代码
    
    public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable { //默认初始化容量大小 private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; //存储元素的数组 transient Object[] elementData; //数组中元素个数 private int size; //... }

`java.util.ArrayList` 源码页截图如下：

![在这里插入图片描述][format_png]

### ArrayList的扩容机制 ###

ArrayList的扩容机制是在添加元素时才进行的。当ArrayList中的元素个数达到容量大小时，会自动扩容。实际上扩容的方法是通过创建一个新的数组，然后将原来的元素全部复制到新的数组中，最后将新的数组替代旧的数组。

java
    
    复制代码
    
    private void grow(int minCapacity) { int oldCapacity = elementData.length; //每次扩容为原来的1.5倍 int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); if (newCapacity - minCapacity < 0) newCapacity = minCapacity; //如果扩容后的容量比Integer.MAX_VALUE还大，就使用最大值作为容量 if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); }

`java.util.ArrayList` 扩容机制源码如下：

![在这里插入图片描述][format_png 1]

### ArrayList的常用方法介绍 ###

ArrayList类提供了丰富的方法，包括添加、删除、修改、查询等。下面是一些常用的方法介绍。

#### 添加元素 ####

java
    
    复制代码
    
    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++; }

#### 删除元素 ####

java
    
    复制代码
    
    public boolean remove(Object o) { if (o == null) { for (int index = 0; index < size; index++) if (elementData[index] == null) { fastRemove(index); return true; } } else { for (int index = 0; index < size; index++) if (o.equals(elementData[index])) { fastRemove(index); return true; } } return false; } private void fastRemove(int index) { modCount++; int numMoved = size - index - 1; if (numMoved > 0) System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work }

#### 修改元素 ####

java
    
    复制代码
    
    public E set(int index, E element) { rangeCheck(index); E oldValue = elementData(index); elementData[index] = element; return oldValue; }

#### 查询元 ####

java
    
    复制代码
    
    public E get(int index) { rangeCheck(index); return elementData(index); } public int indexOf(Object o) { if (o == null) { for (int i = 0; i < size; i++) if (elementData[i]==null) return i; } else { for (int i = 0; i < size; i++) if (o.equals(elementData[i])) return i; } return -1; }

### ArrayList的测试用例 ###

如下我带着大家分别写个测试用例尝试一下，演示如下：

#### 新增元素 ####

java
    
    复制代码
    
    //新增元素 @Test public void testAdd() { List<String> list = new ArrayList<>(); list.add("Java"); list.add("Python"); list.add("C++"); System.out.println(list); assertEquals(3, list.size()); }

测试用例执行如下：

![在这里插入图片描述][format_png 2]

#### 删除元素 ####

java
    
    复制代码
    
    //删除元素 @Test public void testRemove() { List<String> list = new ArrayList<>(); list.add("Java"); list.add("Python"); list.add("C++"); System.out.println("删除前：" + list); list.remove("Python"); System.out.println("删除后：" + list); assertEquals(2, list.size()); }

测试用例执行如下：

![在这里插入图片描述][format_png 3]

#### 更新元素 ####

java
    
    复制代码
    
    //更新元素 @Test public void testSet() { List<String> list = new ArrayList<>(); list.add("Java"); list.add("Python"); System.out.println("更新前：" + list); list.set(1, "C++"); System.out.println("更新后：" + list); assertEquals("C++", list.get(1)); }

测试用例执行如下：

![在这里插入图片描述][format_png 4]

#### 根据下标查询元素 ####

csharp
    
    复制代码
    
    @Test public void testGet() { List<String> list = new ArrayList<>(); list.add("Java"); list.add("Python"); assertEquals("Java", list.get(0)); assertEquals("Python", list.get(1)); }

测试用例执行如下：

![在这里插入图片描述][format_png 5]

#### 根据元素查找下标 ####

java
    
    复制代码
    
    // 根据元素查找下标 @Test public void testIndexOf() { List<String> list = new ArrayList<>(); list.add("Java"); list.add("Python"); System.out.println("list.indexOf(\"Java\") = " + list.indexOf("Java")); System.out.println("list.indexOf(\"Python\") = " + list.indexOf("Python")); assertEquals(0, list.indexOf("Java")); assertEquals(1, list.indexOf("Python")); }

测试用例执行如下：

![在这里插入图片描述][format_png 6]

## 全文小结 ##

本文对ArrayList的定义、源码实现及常用方法进行了详细的介绍。通过本文的学习，我们可以清楚地了解ArrayList的结构，掌握它的扩容机制以及使用方法。ArrayList是Java中最常用的集合类之一，掌握好它的使用方法对于在Java开发中提高效率具有重要意义。

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