在一开始基础面的时候,很多面试官可能会问List集合一些基础知识,比如:

  • ArrayList默认大小是多少,是如何扩容的?

  • ArrayListLinkedList的底层数据结构是什么?

  • ArrayListLinkedList的区别?分别用在什么场景?

  • 为什么说ArrayList查询快而增删慢?

  • Arrays.asList方法后的List可以扩容吗?

  • modCount在非线程安全集合中的作用?

  • ArrayListLinkedList的区别、优缺点以及应用场景

 


ArrayList是由动态再分配的Object[]数组作为底层结构,可设置null值,是非线程安全的。

  1. //默认的空的数组,在构造方法初始化一个空数组的时候使用
  2. private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
  3. //使用默认size大小的空数组实例
  4. private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
  5. //ArrayList底层存储数据就是通过数组的形式,ArrayList长度就是数组的长度。
  6. transient Object[] elementData;
  7. //arrayList的大小
  8. private int size;

那么ArrayList底层数据结构是什么呢?

很明显,使用动态再分配的Object[]数组作为ArrayList底层数据结构了,既然是使用数组实现的,那么数组特点就能说明为什么ArrayList查询快而增删慢?

因为数组是根据下标查询不需要比较,查询方式为:首地址+(元素长度*下标),基于这个位置读取相应的字节数就可以了,所以非常快;但是增删会带来元素的移动,增加数据会向后移动,删除数据会向前移动,导致其效率比较低。

 

  • 带有初始化容量的构造方法

  • 无参构造方法

  • 参数为Collection类型的构造器

  1. //带有初始化容量的构造方法
  2. public ArrayList(int initialCapacity) {
  3. //参数大于0,elementData初始化为initialCapacity大小的数组
  4. if (initialCapacity > 0) {
  5. this.elementData = new Object[initialCapacity];
  6. //参数小于0,elementData初始化为空数组
  7. } else if (initialCapacity == 0) {
  8. this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
  9. //参数小于0,抛出异常
  10. } else {
  11. throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
  12. initialCapacity);
  13. }
  14. }
  15. //无参构造方法
  16. public ArrayList() {
  17. //在1.7以后的版本,先构造方法中将elementData初始化为空数组DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
  18. //当调用add方法添加第一个元素的时候,会进行扩容,扩容至大小为DEFAULT_CAPACITY=10
  19. this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
  20. }

那么ArrayList默认大小是多少?

从无参构造方法中可以看出,一开始默认为一个空的实例elementData为上面的DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA,当添加第一个元素的时候会进行扩容,扩容大小就是上面的默认容量DEFAULT_CAPACITY10

  • boolean add(E):默认直接在末尾添加元素

  • void add(int,E):在特定位置添加元素,也就是插入元素

  • boolean addAll(Collection<? extends E> c):添加集合

  • boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c):在指定位置后添加集合

  1. public boolean add(E e) {
  2. ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
  3. elementData[size++] = e;
  4. return true;
  5. }

通过ensureCapacityInternal方法为确定容量大小方法。在添加元素之前需要确定数组是否能容纳下,size是数组中元素个数,添加一个元素size+1。然后再数组末尾添加元素。

其中,ensureCapacityInternal方法包含了ArrayList扩容机制grow方法,当前容量无法容纳下数据时1.5倍扩容,进行:

  1. private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
  2. //判断当前的数组是否为默认设置的空数据,是否取出最小容量
  3. if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
  4. minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
  5. }
  6. //包括扩容机制grow方法
  7. ensureExplicitCapacity(minCapacity);
  8. }
  9. private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
  10. //记录着集合的修改次数,也就每次add或者remove它的值都会加1
  11. modCount++;
  12. //当前容量容纳不下数据时(下标超过时),ArrayList扩容机制:扩容原来的1.5倍
  13. if (minCapacity - elementData.length > 0)
  14. grow(minCapacity);
  15. }
  16. private void grow(int minCapacity) {
  17. // overflow-conscious code
  18. int oldCapacity = elementData.length;
  19. //ArrayList扩容机制:扩容原来的1.5倍
  20. int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
  21. if (newCapacity - minCapacity < 0)
  22. newCapacity = minCapacity;
  23. if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
  24. newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
  25. // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
  26. elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
  27. }

ArrayList是如何扩容的?

根据当前的容量容纳不下新增数据时,ArrayList会调用grow进行扩容:

  1. //相当于int newCapacity = oldCapacity + oldCapacity/2
  2. int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);

扩容原来的1.5倍。

  1. public void add(int index, E element) {
  2. //检查index也就是插入的位置是否合理,是否存在数组越界
  3. rangeCheckForAdd(index);
  4. //机制和boolean add(E)方法一样
  5. ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
  6. System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
  7. size - index);
  8. elementData[index] = element;
  9. size++;
  10. }
  • remove(int):通过删除指定位置上的元素,

  • remove(Object):根据元素进行删除,

  • clear():elementData中每个元素都赋值为null,等待垃圾回收将这个给回收掉,

  • removeAll(collection c):批量删除。

 

  1. public E remove(int index) {
  2. //检查下标是否超出数组长度,造成数组越界
  3. rangeCheck(index);
  4. modCount++;
  5. E oldValue = elementData(index);
  6. //算出数组需要移动的元素数量
  7. int numMoved = size - index - 1;
  8. if (numMoved > 0)
  9. //数组数据迁移,这样会导致删除数据时,效率会慢
  10. System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
  11. numMoved);
  12. //将--size上的位置赋值为null,让gc(垃圾回收机制)更快的回收它。
  13. elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
  14. //返回删除的元素
  15. return oldValue;
  16. }

为什么说ArrayList删除元素效率低?

因为删除数据需要将数据后面的元素数据迁移到新增位置的后面,这样导致性能下降很多,效率低。

  1. public boolean remove(Object o) {
  2. //如果需要删除数据为null时,会让数据重新排序,将null数据迁移到数组尾端
  3. if (o == null) {
  4. for (int index = 0; index < size; index++)
  5. if (elementData[index] == null) {
  6. //删除数据,并迁移数据
  7. fastRemove(index);
  8. return true;
  9. }
  10. } else {
  11. //循环删除数组中object对象的值,也需要数据迁移
  12. for (int index = 0; index < size; index++)
  13. if (o.equals(elementData[index])) {
  14. fastRemove(index);
  15. return true;
  16. }
  17. }
  18. return false;
  19. }

可以看出,arrayList是可以存放null值。

 


LinkedList是一个继承于AbstractSequentialList的双向链表。它也可以被当做堆栈、队列或双端队列进行使用,而且LinkedList也为非线程安全, jdk1.6使用的是一个带有 header节头结点的双向循环链表, 头结点不存储实际数据 ,在1.6之后,就变更使用两个节点firstlast指向首尾节点。

  1. //链表节点的个数
  2. transient int size = 0;
  3. //链表首节点
  4. transient Node<E> first;
  5. //链表尾节点
  6. transient Node<E> last;
  7. //Node节点内部类定义
  8. private static class Node<E> {
  9. E item;
  10. Node<E> next;
  11. Node<E> prev;
  12. Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
  13. this.item = element;
  14. this.next = next;
  15. this.prev = prev;
  16. }
  17. }

一旦变量被transient修饰,变量将不再是对象持久化的一部分,该变量内容在序列化后无法获得访问

无参构造函数, 默认构造方法声明也不做,firstlast节点会被默认初始化为null。

  1. *
  2. /** Constructs an empty list. \*/*
  3. public LinkedList() {}

由于LinkedList由双向链表作为底层数据结构,因此其插入无非由三大种

  • 尾插: add(E e)addLast(E e)addAll(Collection<? extends E> c)

  • 头插: addFirst(E e)

  • 中插: add(int index, E element)

可以从源码看出,在链表首尾添加元素很高效,在中间添加元素比较低效,首先要找到插入位置的节点,在修改前后节点的指针。

 

 

  1. //常用的添加元素方法
  2. public boolean add(E e) {
  3. //使用尾插法
  4. linkLast(e);
  5. return true;
  6. }
  7. //在链表尾部添加元素
  8. public void addLast(E e) {
  9. linkLast(e);
  10. }
  11. //在链表尾端添加元素
  12. void linkLast(E e) {
  13. //尾节点
  14. final Node<E> l = last;
  15. final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
  16. last = newNode;
  17. //判断是否是第一个添加的元素
  18. //如果是将新节点赋值给last
  19. //如果不是把原首节点的prev设置为新节点
  20. if (l == null)
  21. first = newNode;
  22. else
  23. l.next = newNode;
  24. size++;
  25. //将集合修改次数加1
  26. modCount++;
  27. }
  1. public void addFirst(E e) {
  2. //在链表头插入指定元素
  3. linkFirst(e);
  4. }
  5. private void linkFirst(E e) {
  6. //获取头部元素,首节点
  7. final Node<E> f = first;
  8. final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
  9. first = newNode;
  10. //链表头部为空,(也就是链表为空)
  11. //插入元素为首节点元素
  12. // 否则就更新原来的头元素的prev为新元素的地址引用
  13. if (f == null)
  14. last = newNode;
  15. else
  16. f.prev = newNode;
  17. //
  18. size++;
  19. modCount++;
  20. }

index不为首尾的的时候,实际就在链表中间插入元素。

  1. // 作用:在指定位置添加元素
  2. public void add(int index, E element) {
  3. // 检查插入位置的索引的合理性
  4. checkPositionIndex(index);
  5. if (index == size)
  6. // 插入的情况是尾部插入的情况:调用linkLast()。
  7. linkLast(element);
  8. else
  9. // 插入的情况是非尾部插入的情况(中间插入):linkBefore
  10. linkBefore(element, node(index));
  11. }
  12. private void checkPositionIndex(int index) {
  13. if (!isPositionIndex(index))
  14. throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
  15. }
  16. private boolean isPositionIndex(int index) {
  17. return index >= 0 && index <= size;
  18. }
  19. void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
  20. // assert succ != null;
  21. final Node<E> pred = succ.prev; // 得到插入位置元素的前继节点
  22. final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ); // 创建新节点,其前继节点是succ的前节点,后接点是succ节点
  23. succ.prev = newNode; // 更新插入位置(succ)的前置节点为新节点
  24. if (pred == null)
  25. // 如果pred为null,说明该节点插入在头节点之前,要重置first头节点
  26. first = newNode;
  27. else
  28. // 如果pred不为null,那么直接将pred的后继指针指向newNode即可
  29. pred.next = newNode;
  30. size++;
  31. modCount++;
  32. }

删除和插入一样,其实本质也是只有三大种方式,

  • 删除首节点:removeFirst()

  • 删除尾节点:removeLast()

  • 删除中间节点 :remove(Object o)remove(int index)

在首尾节点删除很高效,删除中间元素比较低效要先找到节点位置,再修改前后指针指引。

 

 

  1. remove(int index)和remove(Object o)都是使用删除指定节点的unlink删除元素
  2. public boolean remove(Object o) {
  3. //因为LinkedList允许存在null,所以需要进行null判断
  4. if (o == null) {
  5. //从首节点开始遍历
  6. for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
  7. if (x.item == null) {
  8. //调用unlink方法删除指定节点
  9. unlink(x);
  10. return true;
  11. }
  12. }
  13. } else {
  14. for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
  15. if (o.equals(x.item)) {
  16. unlink(x);
  17. return true;
  18. }
  19. }
  20. }
  21. return false;
  22. }
  23. //删除指定位置的节点,其实和上面的方法差不多
  24. //通过node方法获得指定位置的节点,再通过unlink方法删除
  25. public E remove(int index) {
  26. checkElementIndex(index);
  27. return unlink(node(index));
  28. }
  29. //删除指定节点
  30. E unlink(Node<E> x) {
  31. //获取x节点的元素,以及它上一个节点,和下一个节点
  32. final E element = x.item;
  33. final Node<E> next = x.next;
  34. final Node<E> prev = x.prev;
  35. //如果x的上一个节点为null,说明是首节点,将x的下一个节点设置为新的首节点
  36. //否则将x的上一节点设置为next,将x的上一节点设为null
  37. if (prev == null) {
  38. first = next;
  39. } else {
  40. prev.next = next;
  41. x.prev = null;
  42. }
  43. //如果x的下一节点为null,说明是尾节点,将x的上一节点设置新的尾节点
  44. //否则将x的上一节点设置x的上一节点,将x的下一节点设为null
  45. if (next == null) {
  46. last = prev;
  47. } else {
  48. next.prev = prev;
  49. x.next = null;
  50. }
  51. //将x节点的元素值设为null,等待垃圾收集器收集
  52. x.item = null;
  53. //链表节点个数减1
  54. size--;
  55. //将集合修改次数加1
  56. modCount++;
  57. //返回删除节点的元素值
  58. return element;
  59. }
  1. //删除首节点
  2. public E remove() {
  3. return removeFirst();
  4. }
  5. //删除首节点
  6. public E removeFirst() {
  7. final Node<E> f = first;
  8. //如果首节点为null,说明是空链表,抛出异常
  9. if (f == null)
  10. throw new NoSuchElementException();
  11. return unlinkFirst(f);
  12. }
  13. //删除首节点
  14. private E unlinkFirst(Node<E> f) {
  15. //首节点的元素值
  16. final E element = f.item;
  17. //首节点的下一节点
  18. final Node<E> next = f.next;
  19. //将首节点的元素值和下一节点设为null,等待垃圾收集器收集
  20. f.item = null;
  21. f.next = null; // help GC
  22. //将next设置为新的首节点
  23. first = next;
  24. //如果next为null,说明说明链表中只有一个节点,把last也设为null
  25. //否则把next的上一节点设为null
  26. if (next == null)
  27. last = null;
  28. else
  29. next.prev = null;
  30. //链表节点个数减1
  31. size--;
  32. //将集合修改次数加1
  33. modCount++;
  34. //返回删除节点的元素值
  35. return element;
  36. }
  1.  
  1. //删除尾节点
  2. public E removeLast() {
  3. final Node<E> l = last;
  4. //如果首节点为null,说明是空链表,抛出异常
  5. if (l == null)
  6. throw new NoSuchElementException();
  7. return unlinkLast(l);
  8. }
  9. private E unlinkLast(Node<E> l) {
  10. //尾节点的元素值
  11. final E element = l.item;
  12. //尾节点的上一节点
  13. final Node<E> prev = l.prev;
  14. //将尾节点的元素值和上一节点设为null,等待垃圾收集器收集
  15. l.item = null;
  16. l.prev = null; // help GC
  17. //将prev设置新的尾节点
  18. last = prev;
  19. //如果prev为null,说明说明链表中只有一个节点,把first也设为null
  20. //否则把prev的下一节点设为null
  21. if (prev == null)
  22. first = null;
  23. else
  24. prev.next = null;
  25. //链表节点个数减1
  26. size--;
  27. //将集合修改次数加1
  28. modCount++;
  29. //返回删除节点的元素值
  30. return element;
  31. }

其他方法也是类似的,比如查询方法 LinkedList提供了getgetFirstgetLast等方法获取节点元素值。

modCount属性代表为结构性修改( 改变list的size大小、以其他方式改变他导致正在进行迭代时出现错误的结果)的次数,该属性被Iterator以及ListIterator的实现类所使用,且很多非线程安全使用modCount属性。

初始化迭代器时会给这个modCount赋值,如果在遍历的过程中,一旦发现这个对象的modCount和迭代器存储的modCount不一样,Iterator或者ListIterator 将抛出ConcurrentModificationException异常,

这是jdk在面对迭代遍历的时候为了避免不确定性而采取的 fail-fast(快速失败)原则:

在线程不安全的集合中,如果使用迭代器的过程中,发现集合被修改,会抛出ConcurrentModificationExceptions错误,这就是fail-fast机制。对集合进行结构性修改时,modCount都会增加,在初始化迭代器时,modCount的值会赋给expectedModCount,在迭代的过程中,只要modCount改变了,int expectedModCount = modCount等式就不成立了,迭代器检测到这一点,就会抛出错误:urrentModificationExceptions

 


区别:

  • ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构,LinkedList是基于链表结构。

  • 对于随机访问的getset方法查询元素,ArrayList要优于LinkedList,因为LinkedList循环链表寻找元素。

  • 对于新增和删除操作addremoveLinkedList比较高效,因为ArrayList要移动数据。

优缺点:

  • ArrayListLinkedList而言,在末尾增加一个元素所花的开销都是固定的。对ArrayList而言,主要是在内部数组中增加一项,指向所添加的元素,偶尔可能会导致对数组重新进行分配;而对LinkedList而言,这个开销是 统一的,分配一个内部Entry对象。

  • ArrayList集合中添加或者删除一个元素时,当前的列表移动元素后面所有的元素都会被移动。而LinkedList集合中添加或者删除一个元素的开销是固定的。

  • LinkedList集合不支持 高效的随机随机访问(RandomAccess),因为可能产生二次项的行为。

  • ArrayList的空间浪费主要体现在在list列表的结尾预留一定的容量空间,而LinkedList的空间花费则体现在它的每一个元素都需要消耗相当的空间

应用场景:

ArrayList使用在查询比较多,但是插入和删除比较少的情况,而LinkedList用在查询比较少而插入删除比较多的情况

各位看官还可以吗?喜欢的话,动动手指点个

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