Java集合高频面试题，ArrayList和linkedList区别，这是你想要的答案吗？
1 前言
许多语言，例如 Perl ，Python 和 Ruby ，都有集合的本地支持。有些语言（例如Python）甚至将基本集合组件（列表，映射和集合）作为内置函数包含在其中。
通常，程序总是根据运行时才知道的某些条件去创建新的对象。在此之前，无法知道所需对象的数量甚至确切类型。为了解决这个普遍的编程问题，需要在任意时刻和任意位置创建任意数量的对象。java.util 库提供了一套相当完整的集合类（collection classes）来解决这个问题，其中基本的类型有 List 、 Set 、 Queue 和 Map。这些类型也被称作容器类。
下面我们就重点聊一聊在日常开发中经常被使用到的两个集合类ArrayList和LinkedList的本质区别吧。
2 数据结构的区别
2.1 ArrayList
ArrayList是基于数组实现的，数组是典型的紧密结构，所以它使用索引在数组中搜索和读取数据快，可以直接返回数组中index位置的元素，因此在随机访问集合元素上有较好的性能。
2.2 LinkedList
LinkedList是基于双链表实现的，链表是典型的跳转结构，插入和删除只是指针指向的修改，所以它插入、删除中间元素快，因此在操作数据方面性能较好。
2.3 使用场景
如果应用程序对数据有较多的随机访问，ArrayList对象要优于LinkedList对象；
如果应用程序有更多的插入或者删除操作，较少的随机访问，LinkedList对象要优于ArrayList对象；
3 源码分析
下面我们通过JDK1.8源码源码分析一下核心功能。
3.1 ArrayList核心源码
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
//默认大小
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
//省略。。。
//动态数组
transient Object[] elementData;
//数组大小
private int size;
//空构造器
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
// 查询元素
public E get(int index) {
// 检查索引是否在范围内
rangeCheck(index);
return elementData(index);
}
//顺序添加元素
public boolean add(E e) {
//扩容
ensureCapacityInternal(size + 1);
elementData[size++] = e;
return true;
}
//从数组中间添加元素
public void add(int index, E element) {
// 检查索引是否在范围内
rangeCheckForAdd(index);
// 扩容
ensureCapacityInternal(size + 1);
// 复制数组
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
// 替换元素
elementData[index] = element;
size++;
}
//是否要扩容
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}
//确定容量
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
//计算数组容量
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
return minCapacity;
}
//动态数组扩容放法
private void grow(int minCapacity) {
//
int oldCapacity = elementData.length;
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// 数组复制
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
//省略。。。
}
总结：
- ArrayLis初始化构造器的时候数组为{}，在调用add方法以后默认数组才赋值为新数组，新数组默认长度为10。
- 通过扩容机制判断原数组是否还有空间，若没有则重新实例化一个空间更大的新数组，把旧数组的数据拷贝到新数组中。
- 在执行查询操作时，先判断下标是否越界，然后在直接通过下标从数组中返回元素。
3.2 LinkedList核心源码
//JDK1.8
public class LinkedList<E>
extends AbstractSequentialList<E>
implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
// 元素数量
transient int size = 0;
// 链表首节点
transient Node<E> first;
// 链表尾节点
transient Node<E> last;
// 空构造器
public LinkedList() {
}
// Node内部类
private static class Node<E> {
E item;
Node<E> next;
Node<E> prev;
Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
// 中间元素
this.item = element;
// 下一个元素地址
this.next = next;
// 上一个元素地址
this.prev = prev;
}
}
// 顺序添加元素
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}
// 指定位置添加元素
public void add(int index, E element) {
// 检查是否越界
checkPositionIndex(index);
// 在链表末尾添加，否则在之前插入元素
if (index == size)
linkLast(element);
else
linkBefore(element, node(index));
}
// 添加元素e
void linkLast(E e) {
//把链表中last元素赋给l ，如果是第一个元素则为null
final Node<E> l = last;
//把元素封装为一个Node对象
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
//把链表的last元素指向新的元素
last = newNode;
//如果添加的是第一个元素
if (l == null){
//把链表的first元素指向新的元素
first = newNode;
}
//如果添加的不是第一个元素
else{
//把l的下一个元素指向新的元素
l.next = newNode;
}
//集合中元素数量加1
size++;
modCount++;
}
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
final Node<E> pred = succ.prev;
final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
succ.prev = newNode;
if (pred == null)
first = newNode;
else
pred.next = newNode;
size++;
modCount++;
}
//获取元素
public E get(int index) {
//检测元素索引
checkElementIndex(index);
return node(index).item;
}
//返回指定元素索引处的（非空）节点
Node<E> node(int index) {
//把链表分为两段，如果index在链表的前段，则从前往后找，否则反之
if (index < (size >> 1)) {
Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else {
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}
//省略。。。
}
总结：
- LinkedList的get首先判断需要获取的数据在该链表的前半段还是后半段，这样可以减少需要遍历的数据，由于需要遍历数据，所以获取数据的速度会比ArrayList慢。
- 由于LinkedList底层是用双向链表实现的，没有初始化大小，也没有扩容的机制。
4 码农来洞见
4.1 有的帖子说插入和删除操作测试时ArrayList就比LinkedList要快，这是为什么呢？
ArrayList和LinkedList本质上每次插入和删除元素都会进行复制数组的操作，如果ArrayList插入操作没有触发数组扩容操作，并且在List靠近末尾的地方插入，那么ArrayList只需要移动较少的数据，而LinkedList则需要一直查找到列表尾部，反而耗费较多时间，这时ArrayList就比LinkedList要快。
4.2 注意ArrayList不同JDK版本源码
JDK1.7中在调用构造器的时候数组长度就初始化为了10，JDK1.8则是在调用add方法后才创建数组长度为10的新数组替换默认空数组。
4.3 高并发下如何保证集合数据的同步
ArrayList和LinkedList都不是线程安全的。然而Vector类被认为是过时的废弃的了。
方案一： Collections.synchronizedList(); 得到一个线程安全的 ArrayList。
方案二： concurrent 并发包下的 CopyOnWriteArrayList 类。
CopyOnWriteArrayList和Collections.synchronizedList是实现线程安全的列表的两种方式。两种实现方式分别针对不同情况有不同的性能表现，其中CopyOnWriteArrayList的写操作性能较差，而多线程的读操作性能较好。而Collections.synchronizedList的写操作性能比CopyOnWriteArrayList在多线程操作的情况下要好很多，而读操作因为是采用了synchronized关键字的方式，其读操作性能并不如CopyOnWriteArrayList。因此在不同的应用场景下，应该选择不同的多线程安全实现类。
4.4 为什么Java的Vector类被认为是过时的或者废弃的
Vector中对每一个独立操作都实现了同步，这通常不是我们想要的做法。对单一操作实现同步通常不是线程安全的（举个例子，比如你想遍历一个Vector实例。你仍然需要申明一个锁来防止其他线程在同一时刻修改这个Vector实例。如果不添加锁的话
通常会在遍历实例的这个线程中导致一个ConcurrentModificationException）同时这个操作也是十分慢的(在创建了一个锁就已经足够的前提下，为什么还需要重复的创建锁)
当然，即使你不需要同步，Vector也是有锁的资源开销的。