Java集合框架中的List接口与ArrayList性能分析

ArrayList随机访问快因底层为数组，get(int index)直接通过下标计算内存偏移，时间复杂度O(1)，不遍历、不查表、不跳指针。

ArrayList的随机访问为什么快

因为底层用的是数组，get(int index) 直接通过下标计算内存偏移，时间复杂度是 O(1)。只要不越界，它不遍历、不查表、不跳指针。

但要注意：如果在循环里反复调用 get(i) 做条件判断（比如找某个值），JVM 一般能内联优化；可一旦混入装箱操作（如 list.get(i) == 42 对 Integer），就可能触发自动拆箱 + 空指针检查，反而拖慢速度。

• 避免在 for 循环中对 ArrayList 写 if (list.get(i) == x)，改用增强 for 或预存引用
• 如果确定不会修改结构，可考虑用原始类型集合库（如 fastutil 的 IntArrayList）绕过泛型擦除和装箱开销
• size() 调用几乎无成本（只是返回一个字段），不必缓存到局部变量，除非你在 HotSpot 外的 JVM 上跑

add() 在末尾和中间的代价差异极大

在末尾追加元素（add(E e)）平均是 O(1)，但有扩容成本；插入到中间（add(int index, E element)）则是 O(n) —— 因为要移动后续所有元素。

常见误用场景：一边遍历一边用 add(index, e) 插入，结果变成 O(n²)，尤其在大数据量时卡顿明显。

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• 批量插入优先用 addAll()，它内部会一次性复制数组，比逐个 add() 少多次扩容和位移
• 如果必须频繁在头部/中间插入，ArrayList 不合适，换 LinkedList（但注意它的 get() 是 O(n)）或 ArrayDeque（仅限头尾）
• 扩容阈值由 grow() 控制，默认增长 50%（oldCapacity + (oldCapacity >> 1)），所以初始容量设太小会导致多次复制；预估大小后用 new ArrayList(initialCapacity)

迭代器遍历时 remove() 的陷阱

直接用 list.remove(obj) 或 list.remove(index) 在遍历时会引发 ConcurrentModificationException，这不是线程安全问题，而是 modCount 检测到结构性修改。

正确做法是用迭代器自己的 remove() 方法，它会同步更新 expectedModCount。

Iterator it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
    String s = it.next();
    if (s.startsWith("tmp")) {
        it.remove(); // ✅ 安全
    }
}

• 别用 for-each 循环配合 list.remove()，编译器生成的字节码仍是隐式迭代器，同样抛异常
• removeIf(Predicate) 是 Java 8+ 推荐方式，内部也走迭代器逻辑，语义清晰且 JIT 可能优化
• 如果删除条件复杂、涉及多个字段，先收集待删索引再倒序 remove(int index)，避免索引偏移

ArrayList不是线程安全的，但synchronized包装有代价

Collections.synchronizedList(new ArrayList()) 只是对每个方法加了 synchronized(this)，读写都串行化。高并发下吞吐骤降，且无法保证复合操作原子性（比如 if (!list.contains(x)) list.add(x) 仍需额外同步块）。

• 若只读多、写少，用 CopyOnWriteArrayList，但注意每次写操作都会复制整个数组，内存和 GC 压力大
• 若需高频读写+简单操作，考虑 java.util.concurrent.ConcurrentLinkedQueue 替代（虽不是 List，但支持 add()/poll() 等无锁操作）
• 真正需要 List 语义又要求并发安全时，往往说明设计有问题——比如是否该用 Map 或分片结构替代单一大列表