Java中动态数组的实现：ArrayList与数组的结合15

Java不像某些动态语言那样直接提供动态数组类型。Java的数组长度在创建时就固定了，无法像Python的list或JavaScript的Array那样在运行时随意增减元素个数。然而，我们可以巧妙地结合Java的数组和ArrayList类来实现动态数组的效果，即在需要时动态调整数组大小，从而模拟动态数组的行为。

本文将深入探讨在Java中如何利用数组以及ArrayList类来创建和管理动态数组，并比较两种方法的优缺点。我们将涵盖数组的局限性、ArrayList的机制、以及性能方面的考量。

Java数组的局限性

Java数组是静态的，这意味着一旦创建，其大小就无法改变。如果你尝试在已满的数组中添加更多元素，将会遇到ArrayIndexOutOfBoundsException异常。为了避免这种情况，开发者通常需要预先估计所需数组的大小，但这往往难以准确预测，可能会导致空间浪费或异常抛出。如果预估过小，则需要频繁地创建新的更大数组，并将原数组内容复制到新数组中，这会带来额外的开销；如果预估过大，则会造成内存浪费。

以下是一个简单的Java数组示例，它突显了静态数组的限制：```java
public class StaticArray {
public static void main(String[] args) {
int[] myArray = new int[5]; // 静态数组，大小为5
for (int i = 0; i < 5; i++) {
myArray[i] = i + 1;
}
// 尝试添加第六个元素，会导致ArrayIndexOutOfBoundsException
// myArray[5] = 6;
for (int i = 0; i < ; i++) {
(myArray[i] + " ");
}
}
}
```

使用ArrayList实现动态数组

Java的ArrayList类是List接口的一个实现类，它提供了一种动态数组的实现方式。ArrayList底层使用数组来存储元素，但是它会自动管理数组的大小。当向ArrayList添加元素时，如果底层数组已满，ArrayList会自动创建一个更大的数组，并将原数组中的元素复制到新数组中。这个过程对开发者是透明的，无需手动处理数组大小的调整。

下面是一个使用ArrayList实现动态数组的示例：```java
import ;
import ;
public class DynamicArrayWithArrayList {
public static void main(String[] args) {
List dynamicArray = new ArrayList();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
(i + 1);
}
(6); // 自动调整大小，不会抛出异常
for (int i = 0; i < (); i++) {
((i) + " ");
}
}
}
```

在这个例子中，我们创建了一个ArrayList，并向其中添加了元素。当我们添加第六个元素时，ArrayList会自动处理数组大小的调整，而不会抛出异常。ArrayList的size()方法返回当前元素个数，避免了直接访问数组下标可能出现的越界错误。

ArrayList的性能考量

虽然ArrayList提供了方便的动态数组功能，但我们需要注意其性能。当ArrayList的容量不足时，需要进行数组扩容操作，这需要创建一个新的、更大的数组，并将原数组中的所有元素复制到新数组中。这个复制过程的时间复杂度是O(n)，其中n是数组的大小。因此，频繁的扩容操作会影响性能。为了减少扩容次数，可以在创建ArrayList时指定初始容量，或者使用ensureCapacity()方法预先设置容量。

例如，如果我们预估需要存储1000个元素，可以在创建ArrayList时指定初始容量：```java
List dynamicArray = new ArrayList(1000);
```

自定义动态数组类

对于更精细的控制和性能优化，我们可以自定义一个动态数组类。这允许我们自定义数组扩容策略，例如使用非线性扩容，比如每次扩容翻倍，以减少扩容次数，但同时需要仔细权衡内存占用。```java
public class MyDynamicArray {
private int[] array;
private int size;
private int capacity;
public MyDynamicArray(int initialCapacity) {
capacity = initialCapacity;
array = new int[capacity];
size = 0;
}
public void add(int element) {
if (size == capacity) {
resize();
}
array[size++] = element;
}
private void resize() {
capacity *= 2; // 每次扩容翻倍
int[] newArray = new int[capacity];
(array, 0, newArray, 0, size);
array = newArray;
}
// ...其他方法...
}
```