Java ArrayList源码深度解析

"这篇文档详细解析了Java集合框架中的ArrayList类，主要关注其源码实现，包括ArrayList的基本概念、数据结构、操作方法以及性能特点。" ArrayList是Java集合框架中的一个重要组成部分，它实现了List接口，提供了按顺序存储元素的功能。ArrayList内部通过一个Object数组来存储元素，这使得它在存取元素时具有较高的效率。由于ArrayList是基于数组实现的，因此它的索引访问非常快速，可以在O(1)的时间复杂度内完成。 ArrayList的几个关键特性包括： 1. **底层数据结构**：ArrayList底层使用一个可变长度的Object数组，初始容量为10。当添加元素导致容量不足时，会自动扩容，通常是翻倍增长，以确保有足够的空间存储新元素。 2. **构造函数**：ArrayList有多种构造函数，可以无参创建，也可以指定初始容量。无参构造函数创建的ArrayList初始容量为10，如果预知元素数量，可以通过指定初始容量减少扩容次数，提高性能。 3. **自动扩容**：当ArrayList中的元素数量达到其当前容量时，会自动扩容。扩容策略通常是将现有容量翻倍，但每次扩容都会创建新的数组并复制原有元素，这在元素数量很大时可能会成为性能瓶颈。 4. **操作方法**： - `add()`：添加元素，时间复杂度取决于插入位置，最好情况为O(1)，最坏情况为O(n)。 - `addAll()`：添加一个集合的所有元素，时间复杂度与添加元素的数量成正比，即O(n)。 - `set()`：替换指定位置的元素，时间复杂度为O(1)。 - `get()`：获取指定位置的元素，时间复杂度为O(1)。 - `remove()`：删除指定位置的元素，需要移动后续元素，时间复杂度为O(n)。 - `trimToSize()`：将ArrayList的容量调整为实际元素的数量，节省内存。 - `indexOf()`, `lastIndexOf()`：查找元素的索引，时间复杂度为O(n)。 5. **Fail-Fast机制**：ArrayList在多线程环境下不保证线程安全。如果在遍历ArrayList的同时修改它（比如添加或删除元素），迭代器会抛出`ConcurrentModificationException`，这是Fail-Fast机制的一种体现。 6. **性能比较**：ArrayList与Vector相似，但ArrayList是非同步的，如果需要线程安全，可以使用Vector，但其同步操作会降低性能。对于单线程环境，ArrayList通常比Vector快。 7. **泛型支持**：ArrayList支持泛型，但Java的泛型是类型擦除的，因此底层存储的仍然是Object数组，可以存储任何类型的对象。 ArrayList是Java中常用的动态数组实现，适用于需要按顺序存取且不涉及多线程的场景。了解ArrayList的源码可以帮助开发者更好地理解其工作原理，从而优化代码性能。在需要线程安全或随机插入和删除操作时，可能需要考虑其他数据结构，如LinkedList或CopyOnWriteArrayList。