Java ArrayList完全ガイド｜基本操作から活用法・比較まで解説

SHARE

この記事ではJavaのArrayListクラスについて、配列との違いや基本的な使い方、要素の追加・削除・検索・ソートなど主要メソッドを学べます。初心者から実務で使いたい人まで、リスト操作の疑問や効率的なデータ管理の悩みを解決できる内容です。

目次

JavaのArrayListとは

java+arraylist+collection

ArrayListクラスの概要

JavaのArrayListクラスは、動的にサイズが変化する配列を実現するためのコレクションの一種です。標準ライブラリであるjava.utilパッケージに含まれており、可変長のリストを扱う際に頻繁に利用されます。一般的な配列（Array）は、宣言時にサイズを固定する必要がありますが、ArrayListは必要に応じて自動的に要素数を拡張できる点が大きな特徴です。

また、ArrayListはListインターフェースを実装しているため、要素の追加、削除、取得、検索といった操作を柔軟に行うことができます。プログラムの規模が大きくなるほど、柔軟でメンテナンス性の高いデータ管理が重要になるため、Javaにおける最も基本的で汎用性の高いコレクションの一つと言えるでしょう。

配列との違い

配列（Array）とArrayListはいずれも順序付きで要素を格納しますが、扱い方に大きな違いがあります。

  • サイズ固定 vs 可変長：配列はサイズが固定されており、宣言後に変更できません。一方、ArrayListは要素の追加や削除に応じてサイズが自動調整されます。
  • 型の扱い：配列はプリミティブ型と参照型の両方を格納できますが、ArrayListは参照型のみを格納します（プリミティブ型を扱う場合はラッパークラスを利用）。
  • 利便性：ArrayListはメソッドが豊富で、検索・挿入・削除が容易に行える一方、配列はシンプルで高速なデータアクセスが可能です。

このように、可変長かつ柔軟な操作を行いたい場合にはArrayList、処理速度を重視する場合には配列といった使い分けが適しています。

Listインターフェースとの違い

JavaにおいてListはインターフェースであり、要素を順序付けて格納するための基本的な仕様を定めています。ArrayListはこのListインターフェースを実装した具体的なクラスの一つに過ぎません。
他にもLinkedListなどの実装クラスがありますが、それぞれデータ構造やパフォーマンス特性が異なります。

  • Listインターフェース：規約や機能を定義する「設計書」のような存在
  • ArrayList：Listの仕様をベースに「配列ベース」で実装された具体的なクラス
  • LinkedList：Listの仕様を「リンク構造」で実装した別のクラス

つまり、Listはあくまで抽象的な型の枠組みであり、ArrayListはその中でも配列をベースとした効率的な実装として位置づけられています。

ArrayListを使うメリット

JavaのArrayListを利用することには多くの利点があります。代表的なメリットを以下に整理します。

  1. サイズの自動拡張：プログラマがわざわざ新しい配列を生成せずとも、データ増減に応じてサイズを調整してくれます。
  2. 便利なメソッドの提供：addやremove、containsなど、よく使う操作を簡単に記述でき、コードの可読性が向上します。
  3. 柔軟なデータ操作：指定した位置に要素を挿入・削除できるため、ビジネスアプリケーションやデータ処理システムで扱いやすいです。
  4. 標準ライブラリとの親和性：Javaのコレクションフレームワーク全体と統一的な方法で利用でき、他のクラスやAPIとシームレスに連携可能です。

このように、ArrayListは「配列の利点」と「柔軟な拡張性」を兼ね備えた強力なデータ構造であり、Javaの開発現場で重宝される理由となっています。

ArrayListの基本的な使い方

java+arraylist+tutorial

ArrayListの宣言と初期化方法

Javaで柔軟に利用できるコレクションのひとつがArrayListです。ArrayListは可変長の配列のように扱うことができ、宣言と初期化も非常にシンプルです。基本的にはjava.utilパッケージに含まれているため、利用する際にはインポートが必要です。 

import java.util.ArrayList;

ArrayList<String> list = new ArrayList<>();   // 空のArrayListを作成
ArrayList<Integer> numbers = new ArrayList<>(); // 整数用のArrayList

また、最初から容量（初期サイズ）を指定できるため、あらかじめ格納する要素数がわかっている場合は効率的です。 

ArrayList<String> listWithCapacity = new ArrayList<>(50);

要素を追加する（add）

配列と異なり、ArrayListはサイズを気にせずadd()メソッドで簡単に要素を追加できます。新しい要素はリストの末尾に自動的に追加されます。 

list.add("Apple");
list.add("Banana");
list.add("Orange");

このようにすると、listには3つのフルーツ名が格納されます。特に汎用的に追加処理を行う場面で多用されるメソッドです。

指定した位置に要素を挿入する

add()メソッドは引数にインデックスを指定することで、その位置に要素を挿入することも可能です。既存の要素は後ろへシフトされて保持されます。 

list.add(1, "Grape"); // インデックス1に"Grape"を挿入

この場合、インデックス1にあった「Banana」はインデックス2に移動し、要素の順序を柔軟に操作できます。

要素を取得する（get）

ArrayListに格納された値はget()メソッドで取り出せます。インデックスは0から始まるので注意してください。 

String fruit = list.get(0);  // "Apple"を取得

ループ処理と組み合わせることで、すべての要素を順番に取得することも容易です。

要素を更新する（set）

既存の要素を置き換えたい場合は、set()メソッドを使います。インデックスを指定し、変更したい値で更新します。 

list.set(2, "Mango"); // インデックス2の要素を"Mango"に置換

これによりリストの中身を柔軟に編集できます。

要素を削除する（remove）

remove()メソッドを用いることで、指定した要素をリストから削除します。引数にはインデックスを指定する方法と、要素そのものを指定する方法の2つがあります。 

list.remove(1);            // インデックス1の要素を削除
list.remove("Orange");     // "Orange"を削除

削除後は自動的に要素が詰められるため、順番を崩さず扱うことができます。

要素数を取得する（size）

格納されている要素数はsize()メソッドで確認します。配列のlengthとは異なり、常に動的に変わる点が特徴です。 

int count = list.size(); // 要素数を取得

ArrayListが空かどうか確認する（isEmpty）

isEmpty()メソッドを使うと、リストに要素が存在しないかどうかを判定できます。条件分岐で多用される便利なメソッドです。 

if(list.isEmpty()) {
    System.out.println("リストは空です");
}

特定の要素を含むか確認する（contains）

リスト内に指定した要素が存在するかどうかはcontains()メソッドで判定できます。検索処理の一部として利用するケースが多いです。 

if(list.contains("Apple")) {
    System.out.println("Appleが見つかりました");
}

全要素を削除する（clear）

リストを初期状態に戻したい場合は、clear()メソッドを利用します。これによりすべての要素が削除され、空のArrayListが残ります。 

list.clear();

一括削除が必要な場合に非常に便利なメソッドです。

ArrayListの便利な活用方法

java+arraylist+guide

要素をすべて走査する（for, forEach, iterator, listIterator）

ArrayListの大きな利点の一つは、格納している要素を効率的に走査できることです。走査方法には複数の選択肢があり、用途に応じて適切な方法を選ぶことで、コードの可読性やパフォーマンスを向上させられます。ここでは代表的な4種類の走査方法を紹介します。

  • 拡張for文（for-each）

    もっともシンプルで直感的な書き方です。コレクション内の全要素を順に取り出すのに適しています。

    for (String item : list) {
    System.out.println(item);
}
  • 通常のfor文（インデックス付きループ）

    インデックスを明示的に指定できるため、要素の位置を利用するような操作に便利です。ただし、size() メソッドの呼び出しが多い場合はパフォーマンスに注意が必要です。

    for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
    System.out.println(list.get(i));
}
  • Iterator

    コレクションに共通のイテレーションインターフェースです。要素を削除しながらの走査が可能な点が特徴で、remove() メソッドを安全に利用できます。

    Iterator<String> itr = list.iterator();
while (itr.hasNext()) {
    String item = itr.next();
    if (item.startsWith("A")) {
        itr.remove();
    }
}
  • ListIterator

    Iteratorを拡張したもので、双方向の走査や要素の追加・更新が可能です。要素を前後に移動しながら処理をしたい場合に有効です。

    ListIterator<String> listItr = list.listIterator();
while (listItr.hasNext()) {
    System.out.println(listItr.next());
}
while (listItr.hasPrevious()) {
    System.out.println(listItr.previous());
}

このように、ArrayListの走査方法は用途に応じて柔軟に選択できます。シンプルに全件処理するか、インデックスを利用するか、要素削除や双方向操作を行うかで最適な手法を選択することが、高品質なコード記述につながります。

ArrayListと他のデータ構造との比較

java+arraylist+datastructure

配列との違いと使い分け

JavaのArrayListと配列（array）はどちらも要素を順序付けて格納するデータ構造ですが、用途や特性は大きく異なります。配列は固定長である一方、ArrayListは可変長であり、要素数を自動的に拡張できる点が最大の特徴です。そのため、要素数が事前に完全に決まっている場合は配列を、要素数の増減が頻繁に発生する場合はArrayListを選択するのが適切です。

  • 配列：宣言時にサイズを確定。要素の追加・削除には新しい配列を作成する必要がある。
  • ArrayList：サイズは動的に伸縮可能。APIで豊富な操作メソッドを利用できる。

特にWebアプリケーションで入力データの件数が変動するケースや、リストの結合・削除を繰り返す処理ではArrayListが大きな利便性を発揮します。

LinkedListとの違い

Javaにはもう一つ代表的なリスト構造としてLinkedListがあります。こちらは双方向連結リストを基盤としており、ArrayListとは内部実装が異なります。その違いは性能特性に直結します。

  • ArrayList：内部的には配列を利用しており、get()やset()といったランダムアクセスを高速に処理できる。
  • LinkedList：要素の追加や削除に強く、中間や先頭でのadd()やremove()において効率が良い。

一般的に、検索や読み取りが多い場合はArrayList、挿入や削除が多い場合はLinkedListを利用するという使い分けが推奨されます。ただし、要素数が小規模であればどちらを利用してもパフォーマンス差はほとんど感じられないでしょう。

ベストプラクティスと注意点

ArrayListを活用する上で知っておくべきベストプラクティスと注意点があります。これらを意識することでパフォーマンス低下やメモリ効率の不具合を未然に防げます。

  • 初期容量を指定する：大量のデータを扱うと分かっている場合は、コンストラクタで初期容量を設定しておくとリサイズ処理のコストを抑えられます。
  • スレッドセーフではない：標準のArrayListはマルチスレッド環境では安全ではありません。必要に応じてCollections.synchronizedList()やCopyOnWriteArrayListを検討するべきです。
  • 中間削除に注意：ArrayListは配列ベースのため、中間要素を削除するとシフト処理が発生し、大量データでは性能劣化の原因となります。

これらを踏まえ、利用シーンに応じた設計を行うことで、JavaのArrayListをより効率的に活用することが可能です。

ジェネリクスとArrayList

java+arraylist+generics

ジェネリクスを活用した型安全な利用

JavaのArrayListは非常に柔軟なコレクションですが、ジェネリクスを適切に利用することで、より型安全かつ効率的に扱うことができます。ジェネリクスを使わない場合、要素は自動的にObject型として扱われるため、キャストが必要になり、実行時エラーが発生するリスクが高まります。一方、ジェネリクスを指定すると、コンパイル時に型チェックが行われ、余計なキャストが不要となり、可読性・安全性が大きく向上します。

例えば以下のコード例を考えてみましょう。

// ジェネリクスを使わない場合（非推奨）
ArrayList list = new ArrayList();
list.add("Hello");
list.add(123); // 実際にはエラーにならない
String str = (String) list.get(1); // 実行時エラーの可能性あり

// ジェネリクスを利用する場合（推奨）
ArrayList<String> stringList = new ArrayList<>();
stringList.add("Hello");
// stringList.add(123); // コンパイルエラーになるため安全
String str2 = stringList.get(0); // キャスト不要

このように、ジェネリクスを指定することで、不適切なデータ型の追加をコンパイル時に防げるため、予期せぬエラーを避けられます。特に大規模なシステム開発やチーム開発においては、ジェネリクスを活用することは欠かせません。

  • 型変換（キャスト）が不要になるため、コードがシンプルで可読性が高い
  • コンパイル時に型チェックが行われ、バグを未然に防げる
  • IDEの補完機能を最大限に利用できる

ラッパークラス利用時の注意点

ArrayListはプリミティブ型（int, doubleなど）を直接扱うことはできません。その代わりに、対応するラッパークラス（Integer, Doubleなど）を利用する必要があります。これはJavaのコレクションフレームワークがオブジェクトを格納する仕組みとなっているためです。

幸い、Javaにはオートボクシングとアンボクシングの機能が備わっており、プリミティブ型とラッパークラス間の変換を自動で行ってくれます。例えば次のように、intを直接ArrayList<Integer>に追加できます。 

ArrayList<Integer> numbers = new ArrayList<>();
numbers.add(10);   // int から Integer へのオートボクシング
int value = numbers.get(0); // Integer から int へのアンボクシング

しかし、ラッパークラスを利用する際にはいくつか注意点があります。

  • オートボクシングが頻繁に発生するとパフォーマンス低下の要因になる
  • null値が格納されている要素をアンボクシングするとNullPointerExceptionが発生する
  • 大量の数値データを扱う処理では、ArrayList<Integer>ではなくint[]などのプリミティブ配列を用いた方が効率的な場合もある

このようにジェネリクスとラッパークラスを組み合わせて活用することで、JavaのArrayListをより安全かつ正しく利用できます。ただし、パフォーマンスやエラー回避の観点から、適切な使い分けを意識することが重要です。

ArrayListと配列の相互変換

java+arraylist+conversion

Listを配列に変換する（toArray）

Javaにおいて、ArrayListは柔軟なデータ操作が可能ですが、従来の配列が必要になる場面も少なくありません。そのような場合に利用されるのがtoArray()メソッドです。これはListインターフェースに定義されており、ArrayListから配列への変換をシンプルに行えます。

例えば、文字列のリストを配列に変換する場合は以下のように書けます。 


List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Java");
list.add("ArrayList");
list.add("Example");

// 配列に変換
String[] array = list.toArray(new String[0]);

このように、toArray(T[] a)で指定した配列の型に合わせて変換できる点が重要です。引数に十分なサイズの配列を渡した場合、その配列が直接利用されます。そうでない場合、新しい配列が生成されます。

配列からListに変換する（Arrays.asList）

逆に、配列をListとして扱いたいときにはArrays.asList()が便利です。このメソッドは、配列の内容を参照する固定サイズのリストを返します。 


String[] array = {"Java", "ArrayList", "SEO"};
List<String> list = Arrays.asList(array);

ここで返されるListは元の配列と参照を共有しているため、リスト内の要素を変更すると配列の内容も変更されます。ただし、要素数の変更（追加や削除）はできない点に注意が必要です。

変換時のサイズや編集の注意点

ArrayListと配列の相互変換においては、いくつかの注意点があります。

  • サイズ変更不可：
    Arrays.asList()で生成されたリストは、サイズを変更できません。追加や削除を行おうとするとUnsupportedOperationExceptionが発生します。
  • 参照共有：
    Arrays.asList()で作成したリストは元の配列とリンクしているため、片方を編集するともう片方にも影響が及びます。
  • 柔軟に編集可能：
    もしサイズ変更や独立したリスト操作を行いたい場合は、以下のようにArrayListのコンストラクタに渡すのがベストです。

    
    List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList(array));
  • Null Pointerに注意：
    toArray()の引数にnullを渡すとエラーになるため、必ず適切な配列インスタンスを利用するようにしましょう。

このように、ArrayListと配列の相互変換は便利な一方で、仕組みを理解していないと想定外の動作につながる可能性があります。利用目的に応じて、toArray()とArrays.asList()を正しく使い分けることが重要です。

ArrayListのエラーと例外対策

java+arraylist+exception

インデックス範囲外エラー

JavaのArrayListを利用する際に、最も頻繁に遭遇するのがインデックス範囲外エラー（IndexOutOfBoundsException）です。この例外は、存在しないインデックスを指定して要素を取得・更新・削除しようとしたときに発生します。例えばArrayListに要素が3つしかないにもかかわらず、インデックス「3」や「-1」を指定するとエラーとなります。

回避するためには以下のような対策が有効です。

  • size()メソッドで要素数を確認してからアクセスする
  • isEmpty()でリストが空でないことをチェックする
  • ループ内ではi < list.size()という条件を正しく指定する

// インデックスが有効かチェックしてから取得
if(index >= 0 && index < list.size()) {
    Object value = list.get(index);
}

ConcurrentModificationExceptionとは

ConcurrentModificationExceptionは、ArrayListを走査中（特にfor-eachやIteratorを利用している最中）に、同時に要素を追加・削除したときに発生します。内部的に変更検知フラグを持っており、イテレーション中に不正な操作が検出されると例外が投げられます。

このエラーを避ける方法としては次のようなアプローチがあります。

  • Iteratorの提供するremove()メソッドを正しく利用する
  • removeIf()などのJava 8以降で利用できる一括処理メソッドを使う
  • スレッドセーフなコレクションクラス（例：CopyOnWriteArrayList）を使用する

// Iteratorを使った安全な削除
Iterator<String> it = list.iterator();
while(it.hasNext()) {
    String value = it.next();
    if(value.contains("remove")) {
        it.remove();
    }
}

パフォーマンスと容量管理（ensureCapacity, trimToSize）

ArrayListは内部的に配列で管理されており、容量が不足すると自動的に拡張されます。しかし、この拡張処理はコピーの発生によってパフォーマンスに影響を与えるケースがあります。大量のデータを事前に投入することが分かっている場合は、ensureCapacity()を利用して必要な容量をあらかじめ確保しておくと効率的です。

逆に、リストの利用後に不要な容量を抱え込んでしまうとメモリを無駄に消費する可能性があります。このような場合はtrimToSize()を実行することで、内部配列を現在の要素数に合わせて縮小できます。

  • ensureCapacity(): 追加予定のデータ量が分かっている場合に有効
  • trimToSize(): メモリ削減のため不要な容量を解放

ArrayList<Integer> numbers = new ArrayList<>();
// 10,000件のデータ追加前に容量確保
numbers.ensureCapacity(10000);

// 不要な容量を解放
numbers.trimToSize();

これらの容量管理メソッドを活用することで、JavaのArrayListのメモリ効率と処理速度を最適化できます。

ArrayListの用途と実例

java+arraylist+programming

データの検索やフィルタリングに活用

JavaのArrayListは、データをリスト形式で保持し、柔軟に操作できるため、検索やフィルタリング処理に特に適しています。例えば、ユーザー情報や商品リストなどを格納した場合、条件に合致するデータだけを抽出する処理を簡単に記述できます。単純なループ処理だけでなく、Java 8以降に導入されたStream APIと組み合わせることで、可読性が高く効率的なフィルタリングが可能になります。

  • 特定の文字列を含む要素を検索する
  • 数値データから一定以上・以下の値のみ抽出する
  • 条件を満たすユーザーリストを別のArrayListに格納する

このようにArrayListを活用することで、業務システムにおける検索処理やユーザー入力値に基づいたデータ抽出をシンプルに実装できます。

並び替えやランキング処理

データを扱う上で重要なのが並び替えやランキング処理です。ArrayListはコレクションの一種であり、Collections.sort()やComparatorを併用することで自在なソートが可能になります。これにより、売上データのランキング表示やユーザーのスコア集計といった用途に効果的です。

  1. 数値を昇順・降順にソート
  2. 文字列をアルファベット順や五十音順に並び替え
  3. 複数条件（例：スコア→同点の場合は名前順）でランキングを構築

こうした処理を小規模なテストプログラムから業務システムまで幅広く応用できるため、ArrayListはランキング処理の基盤となるデータ構造として重宝されています。

新人研修や学習用プログラムの例

ArrayListはシンプルかつ汎用性が高いため、新人研修や学習用プログラムでよく利用されます。配列との違いやコレクションの概念を学ぶ題材として最適であり、初学者がオブジェクト指向とデータ操作を理解するための入り口になっています。

研修や学習の実例としては以下のようなものがあります。

  • 出席者名簿をArrayListで管理し、追加・削除・検索の処理を実装
  • 数値リストを作成し、平均値や最大値を求めるプログラムを開発
  • 簡易的なランキングシステムを構築し、ソートや順位付けを体験

こうした演習を通じて、「配列よりも柔軟に使えるリスト構造」というArrayListの特性を理解でき、実務に直結するスキル習得につながります。

まとめ

java+arraylist+collection

ArrayListの特徴と使いどころ

JavaのArrayListは、要素数を柔軟に増減できることが大きな特徴です。従来の固定長配列とは異なり、要件に応じて動的にリサイズされるため、事前に正確な要素数が分からない場合に特に有効です。また、インデックスを用いたランダムアクセスが高速に行える点も魅力で、データの取得頻度が多いシナリオに向いています。

主な使いどころとしては以下のようなケースが挙げられます。

  • ユーザー入力など、要素数が変化するデータの一時的な保持
  • ランキングやスコア管理など、頻繁に並び替えや参照を行う処理
  • 動的にレコードが追加・削除されるアプリケーションのデータ構造

特にランダムアクセス性能を重視する場合には最適な選択肢となり、実装の柔軟性や可読性の向上に大きく寄与します。

他のコレクションとの適切な使い分け

JavaにはArrayList以外にも多数のコレクションAPIが用意されており、それぞれ適した用途があります。適切に使い分けることで、処理速度やメモリ効率が大きく変わってきます。

  • LinkedList: 頻繁に要素を挿入・削除する処理が中心の場合に有利。逆にランダムアクセスはArrayListに劣ります。
  • HashSet: 要素の重複を排除し、順序にこだわらず検索効率を高めたい場合に最適。
  • Vector: ArrayListと似ていますが、スレッドセーフな実装。マルチスレッド環境で安全性が求められるケースで利用。

つまり、ArrayListは「順序どおりにデータを保持しつつ、参照や検索を効率良く行いたい場面」で最も力を発揮します。一方で、要素の追加・削除が頻繁に発生するシーンではLinkedListを選択する、といったように求められる要件に応じたデータ構造の選び分けが重要です。

コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。 ※ が付いている欄は必須項目です

前の記事

Javaコンストラクタの基本から応用まで完全解説！実装方法とベ…