一句话说透Java里面的ArrayList的工作原理和实现

ArrayList 就像 自动扩容的「动态数组」，底层用数组存数据，但比普通数组更智能——空间不够时自动扩容，中间插入或删除时自动挪位置。用大白话拆解它的核心机制：

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一、底层结构：数组 + 扩容策略

• 核心数组：Object[] elementData，实际存数据的地方。
• 初始容量：默认10（但第一次添加元素时才真正分配空间）。
• 扩容规则：空间不足时，新容量 = 旧容量 × 1.5（比如10 → 15 → 22 ...）。
• 扩容代价：每次扩容都要复制旧数组到新数组，频繁扩容会影响性能（所以最好预估大小提前设置容量）。

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二、核心操作原理

1. 添加元素（add()）

• 流程：

  1. 检查当前数组是否已满。

  2. 如果满了：

     • 创建新数组（大小为旧数组的1.5倍）。
     • 把旧数组的数据复制到新数组。

  3. 将新元素放入数组末尾的空位。

• 源码片段：

  public boolean add(E e) {  
      ensureCapacityInternal(size + 1); // 检查扩容  
      elementData[size++] = e; // 放入数组末尾  
      return true;  
  }  
  

2. 中间插入元素（add(index, element)）

• 流程：

  1. 检查扩容。
  2. 把插入位置后的元素整体右移一位（类似排队时有人插队，后面的人后退）。
  3. 放入新元素。

• 时间复杂度：O(n)（移动元素效率低，尽量避免频繁中间插入）。

3. 删除元素（remove(index)）

• 流程：

  1. 把删除位置后的元素整体左移一位。
  2. 数组末尾置空（帮助GC回收）。

• 示例：

  ArrayList<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("A", "B", "C", "D"));  
  list.remove(1); // 删除"B"  
  // 删除后数组变成：["A", "C", "D", null]  
  

4. 访问元素（get(index)）

• 直接通过下标访问数组：时间复杂度 O(1)（这是 ArrayList 的最大优势）。

  String element = list.get(2); // 直接取数组的第3个位置  
  

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三、关键源码分析

1. 扩容实现（grow()方法）

private void grow(int minCapacity) {  
    int oldCapacity = elementData.length;  
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // 新容量 = 旧容量 × 1.5  
    if (newCapacity < minCapacity) {  
        newCapacity = minCapacity;  
    }  
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); // 复制旧数组到新数组  
}  

2. 中间插入的代价

public void add(int index, E element) {  
    rangeCheckForAdd(index); // 检查索引是否越界  
    ensureCapacityInternal(size + 1); // 检查扩容  
    // 把index后的元素右移一位（System.arraycopy）  
    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index);  
    elementData[index] = element;  
    size++;  
}  

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四、优缺点总结

优点	缺点
随机访问极快（O(1)）	中间插入/删除慢（O(n)）
内存连续，缓存友好	扩容有性能开销
代码简单易用	非线程安全

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五、使用建议

1. 提前设置容量：如果知道数据量，构造时指定初始容量（new ArrayList<>(1000)），避免多次扩容。
2. 避免频繁中间操作：中间插入/删除多用 LinkedList。
3. 多线程场景：用 Collections.synchronizedList 包装，或用 CopyOnWriteArrayList。

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六、经典对比：ArrayList vs 数组

对比项	ArrayList	数组
容量	动态扩容	固定长度
功能	自带增删查改方法	需手动实现逻辑
类型安全	支持泛型（编译时检查类型）	需运行时检查类型
性能	扩容和中间操作有开销	无额外开销

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总结口诀：
「ArrayList 动态数组，自动扩容真省心
随机访问快如箭，中间增删慢吞吞
提前设容是王道，多线程要加锁稳！」