概述

ArrayList是java对动态数组的功能实现方式。

预备知识

数组原理： 数组在内存中是连续分配的，这意味着数组中的元素在内存中彼此相邻。这种内存布局使得数组支持通过索引快速访问元素。

优点：

1、快速随机访问：数组支持通过索引在常数时间内访问元素，因为可以直接计算出元素在内存中的地址。（计算公式：memoryAddress = baseAddress + index * elementSize）

2、内存效率： 数组的内存分配是连续的，不需要额外的指针或链接信息，因此相对于某些数据结构（如链表）来说，数组在内存上的开销较小。

3、预知大小： 因为数组在创建时需要指定大小，所以在需要一次性存储一定数量的元素时，数组是一种合适的选择。

缺点:

1、大小固定：数组的大小在创建时就确定了，后续无法动态改变。如果需要动态调整大小，就需要创建一个新的数组，并将元素从旧数组复制到新数组中，这可能会导致性能开销。

2、插入和删除开销大：在数组中插入和删除元素可能需要移动其他元素，特别是在中间位置进行插入和删除操作。这会导致时间复杂度为 O(n)。

3、浪费空间： 如果数组大小过大，而实际存储的元素较少，就会浪费内存空间。

4、不支持异构元素: 数组要求所有元素类型相同，无法直接存储不同类型的数据。

关键知识点

扩容(system.copy):

public static native void arraycopy(Object src,  int  srcPos,
                                    Object dest, int destPos,
                                    int length);

这个方法的底层实现是通过 JNI（Java Native Interface）调用本地代码来完成的。在不同的操作系统和硬件平台上，底层的实现方式会有所不同。通常情况下，操作系统提供了对内存的直接访问机制，System.arraycopy 方法会利用这些机制来实现高效的数组复制。在具体实现中，System.arraycopy 方法可能会使用一些底层的内存操作指令来实现复制操作，例如在 x86 架构上可以使用 mov 指令来快速移动内存数据。这样做可以使数组复制的过程变得非常高效，减少了不必要的中间步骤。

适用场景及使用注意点

适应场景: 读多写少。

使用注意点：

1 预判业务情况： 指定容量避免扩容。
2 使用泛型： 始终在声明 ArrayList 时使用泛型，以保证类型安全。避免在遍历时出现类型转换问题。

3 避免频繁的删除。

4 考虑性能： 大数据量时考虑其他数据结构代替。

5 批量操作： ArrayList 提供了 addAll、removeAll、retainAll 等方法，可以用来执行批量操作，避免多次循环。

从计算机硬件的角度理解ArryList性能访问快的原因

1 高效的内存访问 :

当你要访问 ArrayList 中的某个元素时，计算机可以直接根据元素的索引计算出在内存中的物理地址，然后通过内存总线直接读取这个地址上的数据，这个过程非常高效。这也被称为“直接寻址”。

2 硬件缓存友好： 计算机内部有多级缓存，其中 L1 缓存是最快的，L2、L3 缓存速度逐级递减。连续存储的数据可以更好地利用缓存，因为一旦访问了一个地址，它周围的数据很可能会被加载到缓存中，从而加速后续的访问。

3 预取机制： 当你访问了一个内存地址时，计算机很可能会预测你接下来会访问哪些地址，然后提前将这些地址上的数据加载到缓存中。连续存储可以更好地利用这种预取机制，因为它们之间的地址关系更紧密。

关联的数据结构

并发安全：CopyOnWriteArrayList,Collections.synchronizedList()。