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ArrayList 是 Java 中的一種動(dòng)態(tài)數(shù)組(Dynamic Array)實(shí)現(xiàn)，它提供了可變長度的數(shù)組功能。ArrayList 的底層實(shí)現(xiàn)原理主要涉及到數(shù)組的動(dòng)態(tài)擴(kuò)容和元素的存儲與訪問。下面是 ArrayList 的一種常見的底層實(shí)現(xiàn)原理：
數(shù)組存儲：ArrayList 內(nèi)部使用數(shù)組來存儲元素。初始時(shí)，ArrayList 創(chuàng)建一個(gè)初始容量(默認(rèn)為 10)的數(shù)組。元素被存儲在這個(gè)數(shù)組中，并可以通過索引進(jìn)行快速訪問。
動(dòng)態(tài)擴(kuò)容：當(dāng)添加元素時(shí)，如果當(dāng)前數(shù)組的容量不足以存儲新元素，ArrayList 就會進(jìn)行動(dòng)態(tài)擴(kuò)容。它會創(chuàng)建一個(gè)更大容量的新數(shù)組，并將舊數(shù)組中的元素復(fù)制到新數(shù)組中。通過這種方式，ArrayList 實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)擴(kuò)容的功能，可以根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整數(shù)組的大小。
擴(kuò)容策略：ArrayList 的擴(kuò)容策略是在原有容量基礎(chǔ)上按照一定的增長因子(通常為 1.5 或 2)進(jìn)行擴(kuò)容。例如，如果當(dāng)前數(shù)組容量為 10，當(dāng)需要進(jìn)行擴(kuò)容時(shí)，新數(shù)組的容量可能會增加到 15 或 20。
元素的添加和刪除：當(dāng)添加元素時(shí)，ArrayList 將元素放置在數(shù)組的末尾，并更新數(shù)組的大小。當(dāng)刪除元素時(shí)，ArrayList 會將指定位置的元素移除，并將后面的元素向前移動(dòng)以填補(bǔ)空缺。
需要注意的是，由于數(shù)組的大小是固定的，每次動(dòng)態(tài)擴(kuò)容都需要?jiǎng)?chuàng)建新數(shù)組并復(fù)制元素，這可能會帶來一些性能開銷。為了避免頻繁的擴(kuò)容操作，可以在創(chuàng)建 ArrayList 時(shí)指定初始容量，以減少擴(kuò)容的次數(shù)。
總結(jié)起來，ArrayList 的底層實(shí)現(xiàn)利用動(dòng)態(tài)數(shù)組來存儲元素，并通過動(dòng)態(tài)擴(kuò)容和元素的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)可變長度的功能。這使得 ArrayList 具有高效的隨機(jī)訪問、快速的尾部添加和刪除操作，但在頻繁的插入和刪除操作中性能可能較低。
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ArrayList是Java中最常見的動(dòng)態(tài)數(shù)組的實(shí)現(xiàn)，它的底層實(shí)現(xiàn)原理主要涉及以下幾個(gè)方面：1. 基于數(shù)組存儲：ArrayList底層使用數(shù)組實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)擴(kuò)容。因?yàn)閿?shù)組隨機(jī)訪問效率高，也方便計(jì)算偏移量，因此當(dāng)用戶使用ArrayList添加元素時(shí)，ArrayList會根據(jù)當(dāng)前數(shù)組大小進(jìn)行擴(kuò)容，擴(kuò)容的大小一般是當(dāng)前數(shù)組大小的1.5倍到2倍。2. 大小與容量：ArrayList記錄了當(dāng)前數(shù)組大小和實(shí)際容量兩個(gè)屬性信息，其中大小是已經(jīng)使用了的元素個(gè)數(shù)，而容量則是底層數(shù)組的長度，一般是大于等于大小的。如果添加元素時(shí)，數(shù)組大小已經(jīng)等于容量，就會自動(dòng)調(diào)用grow方法進(jìn)行擴(kuò)容。3. 快速隨機(jī)訪問：ArrayList提供了快速隨機(jī)訪問元素的方法，基于下標(biāo)的操作get和set，與普通數(shù)組訪問性能基本相當(dāng)，因?yàn)槲覀兛梢酝ㄟ^下標(biāo)計(jì)算元素對應(yīng)在數(shù)組中的位置并直接訪問，而不需要遍歷對象的過程。4. 操作復(fù)雜度：ArrayList的基本操作復(fù)雜度如下:- get(int index): O(1)- set(int index, E elem)：O(1)- add(E elem)： O(1) 平均，最壞 O(n)- add(int index, E elem)：O(n-index) 平均，最壞 O(n)- remove(int index)：O(n-index) 平均，最壞 O(n)- size()： O(1)5. 不支持并發(fā)訪問：由于ArrayList的底層實(shí)現(xiàn)不支持多線程并發(fā)訪問，因此在多線程場景下使用時(shí)需要特別注意線程安全問題，可以使用Collections.synchronizedList方法將ArrayList包裝成線程安全的List。另外，Java8中提供了新的并發(fā)包ConcurrentModificationException來解決并發(fā)修改導(dǎo)致的線程安全問題。
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ArrayList底層實(shí)現(xiàn)原理是基于數(shù)組實(shí)現(xiàn)的。這意味著，ArrayList內(nèi)部維護(hù)了一個(gè)不固定長度的數(shù)組，當(dāng)需要添加新元素時(shí)，數(shù)組會自動(dòng)擴(kuò)展容量。當(dāng)然，在添加元素時(shí)，ArrayList需要對數(shù)組進(jìn)行復(fù)制和移動(dòng)操作，因此會帶來一定的性能開銷。ArrayList內(nèi)部維護(hù)了一個(gè)modCount參數(shù)，用于記錄集合修改次數(shù)。這個(gè)參數(shù)可以在迭代器中用于判斷集合是否發(fā)生了變化，從而避免了在遍歷過程中可能會出現(xiàn)的并發(fā)修改異常。實(shí)際上，ArrayList是一個(gè)支持泛型的類，因此在JVM內(nèi)部會生成一個(gè)同一類型的數(shù)組來存儲元素。在默認(rèn)情況下，ArrayList的初始容量為10，但是如果需要添加的元素?cái)?shù)量超過了10，那么ArrayList會自動(dòng)進(jìn)行擴(kuò)容操作。ArrayList的擴(kuò)容采用了一種類似于倍增的算法。每次擴(kuò)容容量為原來的一半，這樣可以保證在不浪費(fèi)過多內(nèi)存的前提下，每次擴(kuò)容操作都可以達(dá)到較高的效率。值得注意的是，ArrayList雖然可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)容，但是其底層是基于數(shù)組實(shí)現(xiàn)的，因此在使用ArrayList時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際需求考慮其性能和內(nèi)存開銷。如果需要頻繁地添加或刪除元素，而且數(shù)組的大小比較大，那么使用LinkedList可能更加適合。如果數(shù)組大小較小，或者讀取元素比較頻繁，那么使用ArrayList可能更好。
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