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Java中ArrayList類詳解

阿新 • • 發佈：2019-02-18

1、什麼是ArrayList 
ArrayList就是傳說中的動態陣列，用MSDN中的說法，就是Array的複雜版本，它提供瞭如下一些好處： 
動態的增加和減少元素 
實現了ICollection和IList介面 
靈活的設定陣列的大小

2、如何使用ArrayList 
最簡單的例子： 
ArrayList List = new ArrayList(); 
for( int i=0;i <10;i++ ) //給陣列增加10個Int元素 
List.Add(i); 
//..程式做一些處理 
List.RemoveAt(5);//將第6個元素移除 
for( int i=0;i <3;i++ ) //再增加3個元素 
List.Add(i+20); 
Int32[] values = (Int32[])List.ToArray(typeof(Int32));//返回ArrayList包含的陣列

這是一個簡單的例子，雖然沒有包含ArrayList所有的方法，但是可以反映出ArrayList最常用的用法

3、ArrayList重要的方法和屬性 
1）構造器 
ArrayList提供了三個構造器： 
public ArrayList(); 
預設的構造器，將會以預設（16）的大小來初始化內部的陣列 
public ArrayList(ICollection); 
用一個ICollection物件來構造，並將該集合的元素新增到ArrayList 
public ArrayList(int); 
用指定的大小來初始化內部的陣列

2）IsSynchronized屬性和ArrayList.Synchronized方法 
IsSynchronized屬性指示當前的ArrayList例項是否支援執行緒同步，而ArrayList.Synchronized靜態方法則會返回一個ArrayList的執行緒同步的封裝。 
如果使用非執行緒同步的例項，那麼在多執行緒訪問的時候，需要自己手動呼叫lock來保持執行緒同步，例如： 
ArrayList list = new ArrayList(); 
//... 
lock( list.SyncRoot ) //當ArrayList為非執行緒包裝的時候，SyncRoot屬性其實就是它自己，但是為了滿足ICollection的SyncRoot定義，這裡還是使用SyncRoot來保持原始碼的規範性 
{ 
list.Add( “Add a Item” ); 
}

如果使用ArrayList.Synchronized方法返回的例項，那麼就不用考慮執行緒同步的問題，這個例項本身就是執行緒安全的，實際上ArrayList內部實現了一個保證執行緒同步的內部類，ArrayList.Synchronized返回的就是這個類的例項，它裡面的每個屬性都是用了lock關鍵字來保證執行緒同步。

3）Count屬性和Capacity屬性 
Count屬性是目前ArrayList包含的元素的數量，這個屬性是隻讀的。 
Capacity屬性是目前ArrayList能夠包含的最大數量，可以手動的設定這個屬性，但是當設定為小於Count值的時候會引發一個異常。

4）Add、AddRange、Remove、RemoveAt、RemoveRange、Insert、InsertRange 
這幾個方法比較類似 
Add方法用於新增一個元素到當前列表的末尾 
AddRange方法用於新增一批元素到當前列表的末尾 
Remove方法用於刪除一個元素，通過元素本身的引用來刪除 
RemoveAt方法用於刪除一個元素，通過索引值來刪除 
RemoveRange用於刪除一批元素，通過指定開始的索引和刪除的數量來刪除 
Insert用於新增一個元素到指定位置，列表後面的元素依次往後移動 
InsertRange用於從指定位置開始新增一批元素，列表後面的元素依次往後移動

另外，還有幾個類似的方法： 
Clear方法用於清除現有所有的元素 
Contains方法用來查詢某個物件在不在列表之中

其他的我就不一一累贅了，大家可以檢視MSDN，上面講的更仔細 
5）TrimSize方法 
這個方法用於將ArrayList固定到實際元素的大小，當動態陣列元素確定不在新增的時候，可以呼叫這個方法來釋放空餘的記憶體。 
6）ToArray方法 
這個方法把ArrayList的元素Copy到一個新的陣列中。 
4、ArrayList與陣列轉換 
例1： 
ArrayList List = new ArrayList(); 
List.Add(1); 
List.Add(2); 
List.Add(3);

Int32[] values = (Int32[])List.ToArray(typeof(Int32));

例2： 
ArrayList List = new ArrayList(); 
List.Add(1); 
List.Add(2); 
List.Add(3);

Int32[] values = new Int32[List.Count]; 
List.CopyTo(values);

上面介紹了兩種從ArrayList轉換到陣列的方法

例3： 
ArrayList List = new ArrayList(); 
List.Add( “string” ); 
List.Add( 1 ); 
//往陣列中新增不同型別的元素

object[] values = List.ToArray(typeof(object)); //正確 
string[] values = (string[])List.ToArray(typeof(string)); //錯誤

和陣列不一樣，因為可以轉換為Object陣列，所以往ArrayList裡面新增不同型別的元素是不會出錯的，但是當呼叫ArrayList方法的時候，要麼傳遞所有元素都可以正確轉型的型別或者Object型別，否則將會丟擲無法轉型的異常。


5、ArrayList最佳使用建議 
這一節我們來討論ArrayList與陣列的差別，以及ArrayList的效率問題 
1）ArrayList是Array的複雜版本 
ArrayList內部封裝了一個Object型別的陣列，從一般的意義來說，它和陣列沒有本質的差別，甚

定到實際元素的大小，當動態陣列元素確定不在新增的時候，可以呼叫這個方法來釋放空餘的記憶體。 
6）ToArray方法 
這個方法把ArrayList的元素Copy到一個新的陣列中。 
4、ArrayList與陣列轉換 
例1： 
ArrayList List = new ArrayList(); 
List.Add(1); 
List.Add(2); 
List.Add(3);

Int32[] values = (Int32[])List.ToArray(typeof(Int32));

例2： 
ArrayList List = new ArrayList(); 
List.Add(1); 
List.Add(2); 
List.Add(3);

Int32[] values = new Int32[List.Count]; 
List.CopyTo(values);

上面介紹了兩種從ArrayList轉換到陣列的方法

例3： 
ArrayList List = new ArrayList(); 
List.Add( “string” ); 
List.Add( 1 ); 
//往陣列中新增不同型別的元素

object[] values = List.ToArray(typeof(object)); //正確 
string[] values = (string[])List.ToArray(typeof(string)); //錯誤

和陣列不一樣，因為可以轉換為Object陣列，所以往ArrayList裡面新增不同型別的元素是不會出錯的，但是當呼叫ArrayList方法的時候，要麼傳遞所有元素都可以正確轉型的型別或者Object型別，否則將會丟擲無法轉型的異常。


5、ArrayList最佳使用建議 
這一節我們來討論ArrayList與陣列的差別，以及ArrayList的效率問題 
1）ArrayList是Array的複雜版本 
ArrayList內部封裝了一個Object型別的陣列，從一般的意義來說，它和陣列沒有本質的差別，甚至於ArrayList的許多方法，如Index、IndexOf、Contains、Sort等都是在內部陣列的基礎上直接呼叫Array的對應方法。 
2）內部的Object型別的影響 
對於一般的引用型別來說，這部分的影響不是很大，但是對於值型別來說，往ArrayList裡面新增和修改元素，都會引起裝箱和拆箱的操作，頻繁的操作可能會影響一部分效率。 
但是恰恰對於大多數人，多數的應用都是使用值型別的陣列。 
消除這個影響是沒有辦法的，除非你不用它，否則就要承擔一部分的效率損失，不過這部分的損失不會很大。 
3）陣列擴容 
這是對ArrayList效率影響比較大的一個因素。 
每當執行Add、AddRange、Insert、InsertRange等新增元素的方法，都會檢查內部陣列的容量是否不夠了，如果是，它就會以當前容量的兩倍來重新構建一個數組，將舊元素Copy到新陣列中，然後丟棄舊陣列，在這個臨界點的擴容操作，應該來說是比較影響效率的。 
例1：比如，一個可能有200個元素的資料動態新增到一個以預設16個元素大小建立的ArrayList中，將會經過： 
16*2*2*2*2 = 256 
四次的擴容才會滿足最終的要求，那麼如果一開始就以： 
ArrayList List = new ArrayList( 210 ); 
的方式建立ArrayList，不僅會減少4次陣列建立和Copy的操作，還會減少記憶體使用。

例2：預計有30個元素而建立了一個ArrayList： 
ArrayList List = new ArrayList(30); 
在執行過程中，加入了31個元素，那麼陣列會擴充到60個元素的大小，而這時候不會有新的元素再增加進來，而且有沒有呼叫TrimSize方法，那麼就有1次擴容的操作，並且浪費了29個元素大小的空間。如果這時候，用： 
ArrayList List = new ArrayList(40); 
那麼一切都解決了。 
所以說，正確的預估可能的元素，並且在適當的時候呼叫TrimSize方法是提高ArrayList使用效率的重要途徑。 
4）頻繁的呼叫IndexOf、Contains等方法（Sort、BinarySearch等方

法經過優化，不在此列）引起的效率損失 
首先，我們要明確一點，ArrayList是動態陣列，它不包括通過Key或者Value快速訪問的演算法，所以實際上呼叫IndexOf、Contains等方法是執行的簡單的迴圈來查詢元素，所以頻繁的呼叫此類方法並不比你自己寫迴圈並且稍作優化來的快，如果有這方面的要求，建議使用Hashtable或SortedList等鍵值對的集合。 
ArrayList al=new ArrayList();

al.Add("How"); 
al.Add("are"); 
al.Add("you!");

al.Add(100); 
al.Add(200); 
al.Add(300);

al.Add(1.2); 
al.Add(22.8);

使用ArrayList類
ArrayList類實現了List介面，由ArrayList類實現的List集合採用陣列結構儲存物件。陣列結構的優點是便於對集合進行快速的隨機訪問，如果經常需要根據索引位置訪問集合中的物件，使用由ArrayList類實現的List集合的效率較好。陣列結構的缺點是向指定索引位置插入物件和刪除指定索引位置物件的速度較慢，如果經常需要向List集合的指定索引位置插入物件，或者是刪除List集合的指定索引位置的物件，使用由ArrayList類實現的List集合的效率則較低，並且插入或刪除物件的索引位置越小效率越低，原因是當向指定的索引位置插入物件時，會同時將指定索引位置及之後的所有物件相應的向後移動一位，如圖1所示。當刪除指定索引位置的物件時，會同時將指定索引位置之後的所有物件相應的向前移動一位，如圖2所示。如果在指定的索引位置之後有大量的物件，將嚴重影響對集合的操作效率。

圖1  向由ArrayList類實現的List集合中插入物件

圖2  從由ArrayList類實現的List集合中刪除物件
就是因為用ArrayList類實現的List集合在插入和刪除物件時存在這樣的缺點，在編寫例程06時才沒有利用ArrayList類例項化List集合，下面看一個模仿經常需要隨機訪問集合中物件的例子。
在編寫該例子時，用到了java.lang.Math類的random()方法，通過該方法可以得到一個小於10的double型隨機數，將該隨機數乘以5後再強制轉換成整數，將得到一個0到4的整數，並隨機訪問由ArrayList類實現的List集合中該索引位置的物件，具體程式碼如下：
src\com\mwq\TestCollection.java關鍵程式碼：
public static void main(String[] args) {
String a = "A", b = "B", c = "C", d = "D", e = "E";
List<String> list = new ArrayList<String>();
list.add(a);      // 索引位置為 0
list.add(b);      // 索引位置為 1
list.add(c);      // 索引位置為 2
list.add(d);      // 索引位置為 3
list.add(e);      // 索引位置為 4
System.out.println(list.get((int) (Math.random() * 5)));     // 模擬隨機訪問集合中的物件
}

我實際中的練習例子：

  1. package code;  
  2. import java.util.ArrayList;  
  3. import java.util.Iterator;  
  4. publicclass SimpleTest {  
  5.  publicstaticvoid main(String []args){  
  6.   ArrayList list1 = new ArrayList();    
  7.   list1.add("one");  
  8.   list1.add("two");  
  9.   list1.add("three");  
  10.   list1.add("four");  
  11.   list1.add("five");  
  12.   list1.add(0,"zero");    
  13.   System.out.println("<--list1中共有>" + list1.size()+ "個元素");    
  14.   System.out.println("<--list1中的內容:" + list1 + "-->");  
  15.   ArrayList list2 = new ArrayList();  
  16.   list2.add("Begin");  
  17.   list2.addAll(list1);  
  18.   list2.add("End");  
  19.   System.out.println("<--list2中共有>" + list2.size()+ "個元素");    
  20.   System.out.println("<--list2中的內容:" + list2 + "-->");  
  21.   ArrayList list3 =  new ArrayList();  
  22.   list3.removeAll(list1);  
  23.   System.out.println("<--list3中是否存在one: "+ (list3.contains("one")? "是":"否")+ "-->");  
  24.   list3.add(0,"same element");  
  25.   list3.add(1,"same element");  
  26.   System.out.println("<--list3中共有>" + list3.size()+ "個元素");    
  27.   System.out.println("<--list3中的內容:" + list3 + "-->");  
  28.   System.out.println("<--list3中第一次出現same element的索引是" + list3.indexOf("same element") + "-->");  
  29.   System.out.println("<--list3中最後一次出現same element的索引是" + list3.lastIndexOf("same element") + "-->");  
  30.   System.out.println("<--使用Iterator介面訪問list3->");  
  31.   Iterator it = list3.iterator();  
  32.   while(it.hasNext()){  
  33.    String str = (String)it.next();  
  34.    System.out.println("<--list3中的元素:" + list3 + "-->");  
  35.   }  
  36.   System.out.println("<--將list3中的same element修改為another element-->");  
  37.   list3.set(0,"another element");  
  38.   list3.set(1,"another element");  
  39.      System.out.println("<--將list3轉為陣列-->");  
  40.     // Object []  array =(Object[]) list3.toArray(new   Object[list3.size()] );
  41.      Object [] array = list3.toArray();  
  42.      for(int i = 0; i < array.length ; i ++){  
  43.       String str = (String)array[i];  
  44.       System.out.println("array[" + i + "] = "+ str);        
  45.      }       
  46.      System.out.println("<---清空list3->");  
  47.      list3.clear();  
  48.      System.out.println("<--list3中是否為空: " + (list3.isEmpty()?"是":"否") + "-->");  
  49.      System.out.println("<--list3中共有>" + list3.size()+ "個元素");   
  50.   //System.out.println("hello world!");
  51.  }  
  52. } 

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