Java?ArrayList集合之解鎖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)新姿勢
一、引言
在 Java 編程中，我們經(jīng)常需要處理多個(gè)元素的數(shù)據(jù)。數(shù)組是一種基本的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，但它存在一些局限性，比如長度固定。為了更靈活地處理數(shù)據(jù)，Java 提供了集合框架，它能根據(jù)元素的添加或刪除自動(dòng)調(diào)整大小，并且提供了豐富的操作方法。
二、為什么需要集合
2.1 數(shù)組的弊端
當(dāng)我們想要同時(shí)存儲(chǔ)多個(gè)元素時(shí)，首先會(huì)想到數(shù)組。例如：
int[] arr = new int[3];
數(shù)組的優(yōu)點(diǎn)是可以快速訪問元素，通過索引可以直接定位到元素。然而，數(shù)組的長度是固定的。一旦數(shù)組創(chuàng)建，其長度就不能再改變。如果我們需要存儲(chǔ)更多的元素，就需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)新的數(shù)組，并將原數(shù)組的元素復(fù)制過去，這無疑增加了代碼的復(fù)雜性和性能開銷。
2.2 集合的優(yōu)勢
集合的出現(xiàn)解決了數(shù)組長度固定的問題。集合的長度是可變的，可以隨著元素的添加自動(dòng)擴(kuò)容。例如，我們可以使用 ArrayList 來存儲(chǔ)多個(gè)元素，而無需擔(dān)心長度的限制。
2.3 集合存儲(chǔ)數(shù)據(jù)類型的特點(diǎn)
2.3.1 數(shù)組存儲(chǔ)類型
數(shù)組既可以存儲(chǔ)基本數(shù)據(jù)類型，也可以存儲(chǔ)引用數(shù)據(jù)類型。例如：
int[] arr1 = new int[3]; // 存儲(chǔ)基本數(shù)據(jù)類型
class User {
String name;
int age;
public User(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
}
User u1 = new User("小紅", 13);
User u2 = new User("小明", 13);
User[] userArr = new User[2];
userArr[0] = u1;
userArr[1] = u2; // 存儲(chǔ)引用數(shù)據(jù)類型
2.3.2 集合存儲(chǔ)類型
集合只能存儲(chǔ)引用數(shù)據(jù)類型。如果要存儲(chǔ)基本數(shù)據(jù)類型，需要將其轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的包裝類。這是因?yàn)?Java 集合框架是基于泛型實(shí)現(xiàn)的，而泛型只能接受引用類型。例如，要存儲(chǔ)整數(shù)，我們需要使用 Integer 包裝類：
import java.util.ArrayList; ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>(); list.add(1); // 自動(dòng)裝箱，將 int 類型的 1 轉(zhuǎn)換為 Integer 類型
2.4 集合和數(shù)組的對比
| 對比項(xiàng) | 數(shù)組 | 集合 |
|---|---|---|
| 長度 | 長度固定，創(chuàng)建后不能改變 | 長度可變，可根據(jù)元素?cái)?shù)量自動(dòng)調(diào)整 |
| 存儲(chǔ)類型 | 可以存儲(chǔ)基本數(shù)據(jù)類型和引用數(shù)據(jù)類型 | 只能存儲(chǔ)引用數(shù)據(jù)類型，存儲(chǔ)基本數(shù)據(jù)類型需使用包裝類 |
| 操作靈活性 | 操作相對簡單，主要通過索引訪問和修改元素 | 提供了豐富的操作方法，如添加、刪除、修改、查找等 |
三、集合：ArrayList
3.1 ArrayList 概述
ArrayList 是 Java 集合框架中最常用的類之一，它實(shí)現(xiàn)了 List 接口，底層基于數(shù)組實(shí)現(xiàn)。ArrayList 允許存儲(chǔ)重復(fù)元素，并且可以根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整大小。
3.2 創(chuàng)建 ArrayList 對象
import java.util.ArrayList;
public class ArrayListExample {
public static void main(String[] args) {
// 1. 創(chuàng)建集合的對象
// 泛型：限定集合中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)類型
ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
// JDK 7 以后，泛型的類型可以省略，但是前后必須一致，就是右邊 <> 里面可以不寫
// 此時(shí)我們創(chuàng)建的是 ArrayList 的對象，而 ArrayList 是 Java 已經(jīng)寫好的一個(gè)類
// 這個(gè)類在底層做了一些處理，打印對象不是地址值，而是集合中的內(nèi)容
// 在展示的時(shí)候，它會(huì)拿 [] 把里面的內(nèi)容給框起來
System.out.println(list);
}
}
// 運(yùn)行結(jié)果: []
在上述代碼中，我們創(chuàng)建了一個(gè) ArrayList 對象，并指定了泛型類型為 String，表示該集合只能存儲(chǔ) String 類型的元素。
3.3 ArrayList 底層實(shí)現(xiàn)原理
ArrayList 底層使用一個(gè)動(dòng)態(tài)數(shù)組來存儲(chǔ)元素。當(dāng)我們創(chuàng)建一個(gè) ArrayList 對象時(shí)，會(huì)默認(rèn)分配一個(gè)初始容量（通常為 10）。當(dāng)添加元素時(shí)，如果數(shù)組的容量不足，ArrayList 會(huì)自動(dòng)進(jìn)行擴(kuò)容。擴(kuò)容的過程是創(chuàng)建一個(gè)新的數(shù)組，其容量通常是原數(shù)組的 1.5 倍，然后將原數(shù)組的元素復(fù)制到新數(shù)組中。
3.4 ArrayList 成員方法
| 方法名 | 說明 |
|---|---|
| boolean add (E e) | 添加元素，返回值表示是否添加成功 |
| boolean remove (E e) | 刪除指定元素，返回值表示是否刪除成功 |
| E set (int index , E e) | 修改指定索引下的元素，返回原來的元素 |
| E get (int index) | 獲取指定索引的元素 |
| E remove (int index) | 刪除指定索引下的元素，返回原來的元素 |
| int size () | 集合的長度，也就是集合中元素的個(gè)數(shù) |
3.4.1 添加元素
import java.util.ArrayList;
public class ArrayListAddExample {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
boolean b1 = list.add("aaa");
list.add("bbb");
list.add("ccc");
System.out.println(list);
System.out.println(b1);
}
}
add(E e) 方法用于向集合中添加元素，返回值表示是否添加成功。在 ArrayList 中，該方法通常返回 true，因?yàn)樗偸强梢猿晒μ砑釉亍?/p>
3.4.2 刪除元素
import java.util.ArrayList;
public class ArrayListRemoveExample {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add("aaa");
list.add("bbb");
list.add("ccc");
list.remove("aaa");
System.out.println(list);
}
}
remove(E e) 方法用于刪除指定元素，返回值表示是否刪除成功。如果集合中存在該元素，則刪除并返回 true；否則返回 false。
3.4.3 修改元素
import java.util.ArrayList;
public class ArrayListSetExample {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add("aaa");
list.add("bbb");
list.set(0, "ddd");
System.out.println(list);
}
}
set(int index, E e) 方法用于修改指定索引下的元素，返回原來的元素。
3.4.4 獲取元素
import java.util.ArrayList;
public class ArrayListGetExample {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add("aaa");
list.add("bbb");
String s = list.get(0);
System.out.println(s);
}
}
get(int index) 方法用于獲取指定索引的元素。
3.4.5 刪除指定索引的元素
import java.util.ArrayList;
public class ArrayListRemoveIndexExample {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add("aaa");
list.add("bbb");
String removed = list.remove(0);
System.out.println(list);
System.out.println(removed);
}
}
remove(int index) 方法用于刪除指定索引下的元素，返回原來的元素。
3.4.6 獲取集合長度
import java.util.ArrayList;
public class ArrayListSizeExample {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add("aaa");
list.add("bbb");
int size = list.size();
System.out.println(size);
}
}
size() 方法用于獲取集合的長度，即集合中元素的個(gè)數(shù)。
3.4.7 遍歷集合
import java.util.ArrayList;
public class ArrayListTraversalExample {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add("aaa");
list.add("bbb");
list.add("ccc");
// 普通 for 循環(huán)遍歷
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
System.out.println(list.get(i));
}
// 增強(qiáng) for 循環(huán)遍歷
for (String element : list) {
System.out.println(element);
}
// 使用迭代器遍歷
java.util.Iterator<String> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
System.out.println(iterator.next());
}
}
}
在上述代碼中，我們展示了三種遍歷 ArrayList 的方式：普通 for 循環(huán)、增強(qiáng) for 循環(huán)和迭代器。不同的遍歷方式適用于不同的場景，例如，普通 for 循環(huán)可以在遍歷過程中修改元素，而增強(qiáng) for 循環(huán)和迭代器則更簡潔。
四、ArrayList 的性能分析
4.1 時(shí)間復(fù)雜度
- 添加元素：在列表末尾添加元素的時(shí)間復(fù)雜度為 (O(1))，但在中間或開頭添加元素需要移動(dòng)后續(xù)元素，時(shí)間復(fù)雜度為 (O(n))。
- 刪除元素：刪除末尾元素的時(shí)間復(fù)雜度為 (O(1))，刪除中間或開頭元素需要移動(dòng)后續(xù)元素，時(shí)間復(fù)雜度為 (O(n))。
- 查找元素：通過索引查找元素的時(shí)間復(fù)雜度為 (O(1))，通過元素值查找元素需要遍歷列表，時(shí)間復(fù)雜度為 (O(n))。
- 修改元素：通過索引修改元素的時(shí)間復(fù)雜度為 (O(1))。
4.2 空間復(fù)雜度
ArrayList 的空間復(fù)雜度主要取決于存儲(chǔ)的元素?cái)?shù)量和數(shù)組的容量。在擴(kuò)容時(shí)，會(huì)額外分配一定的空間，因此空間復(fù)雜度為 (O(n))。
五、總結(jié)
復(fù)雜度為 (O(1))，刪除中間或開頭元素需要移動(dòng)后續(xù)元素，時(shí)間復(fù)雜度為 (O(n))。
- 查找元素：通過索引查找元素的時(shí)間復(fù)雜度為 (O(1))，通過元素值查找元素需要遍歷列表，時(shí)間復(fù)雜度為 (O(n))。
- 修改元素：通過索引修改元素的時(shí)間復(fù)雜度為 (O(1))。
5.2 空間復(fù)雜度
ArrayList 的空間復(fù)雜度主要取決于存儲(chǔ)的元素?cái)?shù)量和數(shù)組的容量。在擴(kuò)容時(shí)，會(huì)額外分配一定的空間，因此空間復(fù)雜度為 (O(n))。
ArrayList 是 Java 集合框架中一個(gè)非常實(shí)用的類，它提供了動(dòng)態(tài)數(shù)組的功能，方便我們存儲(chǔ)和操作多個(gè)元素。通過了解 ArrayList 的底層實(shí)現(xiàn)原理、成員方法和性能特點(diǎn)，我們可以在實(shí)際開發(fā)中更加合理地使用它，提高代碼的性能和可維護(hù)性。同時(shí)，我們也應(yīng)該注意 ArrayList 在某些場景下的局限性，例如在頻繁插入和刪除元素的場景下，性能可能不如其他集合類，如 LinkedList。
到此這篇關(guān)于Java ArrayList集合之解鎖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)新姿勢的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java ArrayList集合數(shù)據(jù)存儲(chǔ)內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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