java 数组实现原理_java ArrayList实现原理

Java中的数组是一种线性数据结构，它由相同类型的元素组成并按照顺序存储在内存中。Java中的数组可以使用new关键字动态地创建，并且长度是固定的，一旦创建后就不能再改变它的大小。

Java中的ArrayList是一个动态数组，它可以自动扩容以适应元素的添加和删除。ArrayList实际上是基于数组实现的，它内部维护了一个Object类型的数组来存储元素。当ArrayList的容量不足时，它会根据一定的策略自动扩容数组的大小，以容纳更多的元素。

ArrayList的实现原理主要包括以下几个方面：

1. 初始容量和扩容因子：当创建一个ArrayList时，可以指定一个初始容量和一个扩容因子。初始容量指定了ArrayList内部数组的初始大小，扩容因子指定了数组增长的比例。默认情况下，初始容量为10，扩容因子为1.5。

2. 自动扩容：当ArrayList内部数组的容量不足时，它会自动扩容。具体实现是创建一个新的数组，将原数组中的元素复制到新数组中，并将新元素添加到新数组中。

3. 随机访问：由于ArrayList是基于数组实现的，因此它支持随机访问。可以通过索引来快速访问元素，时间复杂度为O(1)。

4. 插入和删除：在ArrayList中插入和删除元素的时间复杂度取决于操作的位置。如果在末尾插入或删除元素，时间复杂度为O(1)，否则需要将后面的元素都向后移动，时间复杂度为O(n)。

总之，ArrayList是Java中常用的动态数组，它的实现基于数组，并且支持随机访问、自动扩容等特性。

相关问题

java数组底层原理

### Java 数组的底层实现机制

#### JVM 中的数组表示
在Java中，数组被视作一种特殊的对象处理。当声明并初始化一个数组时，Java虚拟机(JVM)会在堆(heap)内存区域为其分配一块连续的空间[^2]。

#### 内存布局
这块连续的内存空间不仅包含了实际的数据项，还存储着关于该数组的一些元数据(metadata)，比如数组的长度(length)。对于每个元素而言，在这段连续区域内按照其定义顺序依次排列，并且相邻两个元素之间不会存在任何间隔。

#### 访问效率
由于这种紧凑而有序的结构设计，使得基于索引(index-based)的方式去访问任何一个特定位置上的元素成为可能，并且能够达到常数级别的时间复杂度O(1)[^4]。这意味着无论是在数组头部还是尾部查找某个值所需耗费的时间几乎是相同的。

#### 创建过程差异
值得注意的是，在不同版本的JDK中，针对`ArrayList`(内部依赖于数组作为主要容器之一)的具体实例化行为有所变化。例如，在JDK 1.7里，默认情况下会预先构建好容量(capacity)为10个单位大小的对象；而在后续发布的JDK 1.8当中，则调整为了延迟加载策略——仅当真正向列表添加新成员(add operation invoked)之时才会动态扩充至初始设定好的尺寸[^3]。

// JDK 1.7 版本下 ArrayList 的默认构造函数立即创建了一个固定大小的底层数组
public ArrayList() {
    this.elementData = new Object[DEFAULT_CAPACITY];
}

// JDK 1.8 及以上版本则采取了懒加载方式
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
public ArrayList() {
    this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}

java数组ArrayList

### Java 中 `ArrayList` 的使用方法

#### 创建 `ArrayList`

在Java中，可以创建泛型化的`ArrayList`来存储特定类型的对象。从JDK 1.7开始，在实例化`ArrayList`时允许省略类型参数，编译器能够自动推断出类型。

// 泛型声明方式
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();

此代码片段展示了如何初始化一个字符串类型的列表并准备向其中添加元素[^1]。

#### 向 `ArrayList` 添加元素

为了向`ArrayList`中插入新项，可利用`add()`方法。该方法有两种重载形式：

- 将元素追加到列表末尾。

    list.add("java");

- 插入元素至指定索引处，原有位于该位置及其后的元素会依次往后移动一位。

    list.add(1, "html"); // 在下标为1的位置插入"html"

上述操作的结果是将`"html"`放置于第二个位置（因为数组是从0开始计数），而原本处于这一位置以及之后的所有条目都会相应地被挪动[^4]。

#### 修改已存在的元素

如果想要更新某个已有位置上的数据，则可以通过调用`set(int index,E element)`函数实现这一点。这会替换掉原来存在于给定索引处的对象，并返回旧值作为反馈。

arrayList.set(0,"hello John"); // 把第一个元素改为"hello John"
System.out.println(arrayList.get(0)); // 输出新的首元素

这段程序把原先的第一个成员替换成了一条问候语句[^2]。

#### 获取和遍历 `ArrayList` 内容

访问单个组件可通过其对应的序号获取；对于整个序列的迭代处理，推荐采用增强版for循环或是迭代器模式来进行安全可靠的遍历工作。

// 访问单一元素
String item = list.get(index);

// 遍历所有元素
for (String str : list){
    System.out.println(str);
}

以上就是关于`ArrayList`的一些基础功能介绍与应用案例说明[^3]。