1. 核心概念与定义
2. 主要区别对比 (一张图看懂)
3. 详细特性分析
4. 代码示例
5. 如何选择：何时用数组，何时用 ArrayList？

核心概念与定义

数组

数组是 Java 中一种最基础的数据结构，它是一个固定长度的、用来存储同一种类型数据的容器。

• 特点：
  • 长度固定：一旦创建,其大小就不能再改变。
  • 类型固定：只能存储声明时指定的数据类型（包括其子类）。
  • 底层连续内存：所有元素在内存中是连续存储的，这使得通过索引访问元素非常快（时间复杂度 O(1)）。

ArrayList

ArrayList 是 Java 集合框架 (java.util.ArrayList) 中最常用的一个类，它内部是基于动态数组实现的，可以看作是一个长度可变的数组。

• 特点：
  • 长度可变：可以根据需要动态地增加或减少元素。
  • 只能存储对象：ArrayList 只能存储对象类型，不能存储基本数据类型（如 int, char），如果要存储基本数据类型，需要使用它们的包装类（如 Integer, Character）。
  • 底层是数组：虽然它的大小可变，但其内部实现仍然依赖于一个数组，当元素数量超过当前数组容量时，它会创建一个更大的新数组，并将旧数组的元素复制过去，这是一个相对耗时的操作（摊销时间复杂度 O(1)）。

主要区别对比 (一张图看懂)

详细特性分析

数组

• 优点：
  • 内存占用小：没有额外的对象开销（ArrayList 自身的一些属性）。
  • 访问速度快：由于内存连续，可以通过索引直接计算出内存地址，访问元素是 O(1) 操作。
• 缺点：
  • 长度固定：如果不知道需要多少元素，很难确定一个合适的长度，太浪费空间,太小又不够用。
  • 功能单一：没有内置的方法来方便地排序、搜索、添加或删除元素，所有操作都需要自己手动实现,非常繁琐。

ArrayList

• 优点：
  • 长度灵活：可以动态添加或删除元素，非常方便,无需关心底层数组的大小。
  • 功能强大：提供了大量标准库方法，如 add(), remove(), contains(), sort() 等,极大地提高了开发效率。
  • 支持泛型：可以在编译时检查类型，避免了 ClassCastException，代码更安全、更清晰。
• 缺点：
  • 性能开销：由于是对象，每个元素都会有一个额外的引用开销，在频繁扩容时，会有性能损耗（复制旧数组到新数组）。
  • 不能存基本类型：必须使用包装类，而包装类是对象，会涉及到自动装箱/拆箱,会有一定的性能开销。

代码示例

数组操作

public class ArrayExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 声明和初始化
        int[] numbers = new int[3]; // 创建一个长度为3的整型数组
        numbers[0] = 10;
        numbers[1] = 20;
        numbers[2] = 30;
        // 也可以这样初始化
        String[] names = {"Alice", "Bob", "Charlie"};
        // 2. 获取长度
        System.out.println("Numbers array length: " + numbers.length); // 输出 3
        // 3. 访问元素
        System.out.println("First number: " + numbers[0]); // 输出 10
        // 4. 遍历数组
        System.out.println("--- Traversing names array ---");
        for (int i = 0; i < names.length; i++) {
            System.out.println(names[i]);
        }
        // 5. 数组的缺点：长度固定，无法直接添加元素
        // numbers[3] = 40; // 这行代码会抛出 ArrayIndexOutOfBoundsException 异常
    }
}

ArrayList 操作

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
public class ArrayListExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 声明和初始化 (注意：必须使用包装类 Integer)
        ArrayList<Integer> numberList = new ArrayList<>();
        // 2. 添加元素 (长度可变)
        numberList.add(10);
        numberList.add(20);
        numberList.add(30);
        System.out.println("Initial list: " + numberList); // 输出 [10, 20, 30]
        // 3. 获取大小
        System.out.println("List size: " + numberList.size()); // 输出 3
        // 4. 在指定位置插入元素
        numberList.add(1, 15); // 在索引1的位置插入15
        System.out.println("After inserting 15: " + numberList); // 输出 [10, 15, 20, 30]
        // 5. 访问元素
        System.out.println("Element at index 2: " + numberList.get(2)); // 输出 20
        // 6. 删除元素
        numberList.remove(0); // 删除索引为0的元素 (10)
        System.out.println("After removing element at index 0: " + numberList); // 输出 [15, 20, 30]
        numberList.remove(Integer.valueOf(20)); // 删除值为20的元素
        System.out.println("After removing value 20: " + numberList); // 输出 [15, 30]
        // 7. 遍历 ArrayList (多种方式)
        System.out.println("--- Traversing with for-each loop ---");
        for (Integer num : numberList) {
            System.out.println(num);
        }
        // 8. 使用 Collections 工具类进行排序
        numberList.add(5);
        numberList.add(25);
        System.out.println("Before sorting: " + numberList); // 输出 [15, 30, 5, 25]
        Collections.sort(numberList);
        System.out.println("After sorting: " + numberList);    // 输出 [5, 15, 25, 30]
    }
}

如何选择：何时用数组，何时用 ArrayList？

这是一个非常常见的面试问题,答案取决于你的具体需求。

优先选择 ArrayList 的情况 (90% 的情况)：

• 当你不知道需要存储多少个元素时：这是 ArrayList 最核心的优势。
• 当你需要频繁地添加或删除元素时：ArrayList 提供了非常方便的 API。
• 当你需要使用丰富的集合操作时：如排序、查找、清空等。
• 当你需要代码的简洁性和可读性时：ArrayList 的泛型和丰富方法让代码更现代化、更易维护。

在绝大多数业务开发场景下，默认选择 ArrayList，它更灵活、更安全、更方便。

优先选择数组 的情况 (10% 的情况)：

• 当你确定数据量大小且固定不变时：表示一周的七天、一年的十二个月,数组更节省内存。
• 在追求极致性能的高频计算场景中：在游戏引擎、科学计算或图像处理中，对内存布局和访问速度有极高要求，数组的连续内存访问模式对 CPU 缓存更友好。
• 作为 ArrayList 或其他集合的底层存储时：ArrayList 内部就是用数组来实现的。
• 在需要与 JNI (Java Native Interface) 交互时：因为 C/C++ 代码对原生数组操作更直接。

ArrayList 是数组的“超级升级版”，它保留了数组快速访问的优点，同时解决了其长度固定、功能单一的缺点，在日常开发中，除非你有非常特殊的需求，否则都应该优先使用 ArrayList。