從知識圖譜講到源碼實例，基礎的知識深刻學習就不僅是基礎

時間 2020-07-30

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做爲一個程序員，一般，咱們的程序須要根據程序運行時才知道建立多少個對象。但若非程序運行，程序開發階段，咱們根本不知道到底須要多少個數量的對象，甚至不知道它的準確類型。爲了知足這些常規的編程須要，咱們要求能在任什麼時候候，任何地點建立任意數量的對象，而這些對象用什麼來容納呢？咱們首先想到了數組，可是數組只能放同一類型的數據，並且其長度是固定的，那怎麼辦呢？集合便應運而生了！程序員

而對於集合的相關內容，我經過思惟導圖整理了一下，分紅兩個部分，Map和Collection兩個部分，來看一下面試

Map

Collection

由於篇幅緣由，只展現Collection的List，這也是在平常開發中應用最多的，或者說在面試過程當中被問到最多的一個知識點，由於它能夠擴充出來不少其餘的知識點編程

1、ArrayList的底層實現

ArrayList實現與List、RandomAccess接口，是順序接口，即元素存放的數據與放進去的順序相同，容許放入null元素，也支持隨機訪問數組
底層經過數組實現。除該類未實現同步外，其他跟Vector大體相同數據結構
ArrayList至關於動態數據，其中最重要的兩個屬性分別是：elementData數組以及siz架構

2、ArrayList能夠實現同步嗎

爲了追求效率，ArrayList沒有實現同步（synchronizd），若是須要逗哥線程併發訪問，用戶能夠手動同步，也可使用Vector代替。如能夠先採用Collections.synchronizedList()方法對其進行包裝併發

3、ArrayList的add()方法

在調用add()方法的時候首先進行擴容校驗，將插入的值放在尾部，並將size+1.

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

4、ArrayList的add(index,e)方法

若是調用add(index,e)在指定位置添加的話也是首先擴容校驗，接着對數據進行復制，目的是把index位置空出來放本次插入的數據，並將後面的數據向後移動一個位置。

public void add(int index, E element) { rangeCheckForAdd(index); ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!　　　　　　//複製，向後移動 System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index); elementData[index] = element; size++; }

其實擴容最終調用的代碼

private void grow(int minCapacity) { // overflow-conscious code int oldCapacity = elementData.length; int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); if (newCapacity - minCapacity < 0) newCapacity = minCapacity; if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); // minCapacity is usually close to size, so this is a win: elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); }

也是一個數組複製的過程。

注意：

因而可知ArrayList的主要消耗時數組擴容以及在指定位置添加數據，在平常使用時最好是指定大小，儘可能減小擴容。更要減小在指定位置插入數據的操做。

5、ArrayList的序列化

因爲ArrayList是基於動態宿主實現的，因此並非全部的空間都被使用。所以使用了transient修飾。能夠防止被自動序列化

transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access

所以ArrayList自定義了序列化和反序列化

//序列化 private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws java.io.IOException{ // Write out element count, and any hidden stuff int expectedModCount = modCount; s.defaultWriteObject(); // Write out size as capacity for behavioural compatibility with clone() s.writeInt(size); // Write out all elements in the proper order. //只序列化了被使用的數據 for (int i=0; i<size; i++) { s.writeObject(elementData[i]); } if (modCount != expectedModCount) { throw new ConcurrentModificationException(); } } //反序列化 private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) throws java.io.IOException, ClassNotFoundException { elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; // Read in size, and any hidden stuff s.defaultReadObject(); // Read in capacity s.readInt(); // ignored if (size > 0) { // be like clone(), allocate array based upon size not capacity int capacity = calculateCapacity(elementData, size); SharedSecrets.getJavaOISAccess().checkArray(s, Object[].class, capacity); ensureCapacityInternal(size); Object[] a = elementData; // Read in all elements in the proper order. for (int i=0; i<size; i++) { a[i] = s.readObject(); } } }

當對象中自定義了writeObject和readObject方法時，JVM會調用這兩個自定義方法來實現序列化和反序列化

從實現中能夠看出ArrayList值序列化了被使用的數據

6、ArrayList和Vector的比較

Vector也會是實現List接口，底層數據結構和ArrayList相似，也是一個動態數組存放的數據，不過在add()方法的時候使用synchronized進行同步數據，可是開銷較大，因此Vector是一個同步容器並非併發容器。

add()方法

public synchronized boolean add(E e) { modCount++; ensureCapacityHelper(elementCount + 1); elementData[elementCount++] = e; return true; }

add(index,e)方法：指定位置插入數據

public void add(int index, E element) { insertElementAt(element, index); } public synchronized void insertElementAt(E obj, int index) { modCount++; if (index > elementCount) { throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " > " + elementCount); } ensureCapacityHelper(elementCount + 1); System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, elementCount - index); elementData[index] = obj; elementCount++; }

7、ArrayList的擴容機制

假若有20個數據須要添加，那麼會分別在第一次的時候將ArrayList
以後擴容會按照1.5倍增加，也就是當添加第11個數據的時候，ArrayList繼續擴容變爲10*1.5=15；
當添加第16個數據時。繼續擴容15*1.5=22個
不能超過int的最大值（231-1）-8

private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

8、LinkedList的底層實現

LinkedList底層是基於雙向鏈表實現的；
自己實現了List和Deque（雙端隊列）接口
擁有List的一些特性（jdk1.7/1.8以後取消了循環，修改成雙向鏈表）

既能夠看作一個順序容器，又能夠看作一個隊列（Queue)，同時又能夠看作一個棧（stack）。這樣看來，LinkedList簡直是個全能冠軍。當你須要使用棧或者隊列時，能夠考慮使用LinkedList，一方面是由於Java官方已經聲明不建議使用Stack類，更遺憾的是，Java里根本沒有一個叫作Queue的類（它是一個接口名）。關於棧或者隊列，如今的首選是ArrayDeque，它有着比LinkedList（當作棧或者隊列使用時）更好的性能。

9、LinkedList的add()方法

public boolean add(E e) { linkLast(e); return true; } void linkLast(E e) { final Node<E> l = last; final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null); last = newNode; if (l == null) first = newNode; else l.next = newNode; size++; modCount++; }

可見每次插入都是移動指針，和ArrayList的拷貝數組來講效率要高上很多

10、LinkedList的查詢方法get(index)

public E get(int index) { checkElementIndex(index); return node(index).item; } Node<E> node(int index) { // assert isElementIndex(index); 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; } }

上述代碼，利用了雙向鏈表的特性，若是index離鏈表頭比較近，就從節點頭部遍歷。不然就從節點尾部開始遍歷。使用空間（雙向鏈表）來換取時間