如何在 Java 中使用 ArrayList 实现可变长度的动态数组

很多Ja va开发者刚接触 ArrayList 时，都会有个错觉：既然它叫“动态数组”，那是不是天生就能自动扩容、随便用？其实不然——真正需要理解的，不是怎么“实现”它，而是怎么避开它那些隐性开销和并发陷阱。

先看一个最容易被忽略的细节：刚创建的 ArrayList，它的容量和 size 根本是两码事。你以为 new ArrayList() 之后，内部数组就已经就绪了？其实JDK 12以上的版本默认用空数组占位，早期版本给了个长度为10的数组，但 size() 始终返回0。只有当你第一次调用 add()，元素才真正写入，而底层数组的扩容，也是在这个时候触发的。扩容不是一次加一个元素，而是按1.5倍增长——从10跳到15，再跳到22，33……目的是减少复制成本。如果事先能估算出元素数量，最好用 new ArrayList(initialCapacity) 预设容量，少折腾几次扩容。

接下来聊聊 add()、set() 和 remove() 这三兄弟的使用差异。add(E) 在末尾追加，简单高效；set(int, E) 是替换指定索引处的已有元素，注意：这个索引必须小于当前的 size()，否则直接抛 IndexOutOfBoundsException。而 remove(int) 删除指定索引元素后，后面所有元素都得向前移动一步——这就意味着O(n)的时间复杂度。如果你频繁在中间位置增删，可能得考虑 LinkedList 或者干脆换一种数据结构（比如 Map）。还有一点容易踩坑：remove() 有重载，一个是 remove(int)，一个是 remove(Object)。如果你不小心传了一个整数，编译器会优先匹配 int 版本，导致你以为在删对象，实际却按索引删了。

另一个经典翻车现场是：遍历列表的同时修改它。在 for-each 里直接调用 remove() 或 add()，几乎百分百会触发 ConcurrentModificationException，哪怕是在单线程里。怎么安全操作？用 Iterator.remove() 可以删除当前元素；如果需要边遍历边添加，那就先收集待添加的元素，等循环结束后统一 addAll()。要是多线程环境，ArrayList 本身就不是线程安全的，别指望加个 synchronized 就能应付——改用 Collections.synchronizedList() 或者 CopyOnWriteArrayList（后者适合读多写少的场景）。

最后说一个 toArray() 的常见误区。很多人写 list.toArray(new String[list.size()])，觉得“我给了正好大小的数组，多省事”。但事实上，推荐写法是 list.toArray(new String[0])——传入一个长度为0的数组，让 ArrayList 内部自己分配一个大小合适的数组返回。为什么？因为类型擦除可能导致运行时返回 Object[]，尤其是泛型类型不是 String 时。JDK 11 以后有更直观的方式：list.toArray(String[]::new)。千万别用无参的 list.toArray() 然后强转——它永远返回 Object[]，强行转换就是 ClassCastException。

其实说到底，ArrayList 本身并不难用，难的是判断什么时候不该用它。频繁插入删除、需要排序保证、元素量级达到百万且内存敏感、或者明确要求不可变——这些场景下，ArrayList 的默认行为反而成了性能瓶颈。理解它的底层机制，才能在正确的地方做出正确的选择。