Java容器篇小結之List自問自答

I. List篇

0. 什麼是List

看到這個有點懵逼，一時還真不知道怎麼解釋，能讓徹底沒有接觸過的人都能聽懂

列表，什麼是列表呢？

比如你到了一個村裏，看到每一個房子上的門牌號，如這是張村1號，下一個是張村2號，接着是3號、4號...

如今你要去張村10號，那麼得，順着這個門牌一直往下走，就能找到了

這個村落裏的門牌號的形式，就特別像JDK中的 LinkedList了，找張村10號的過程基本就是 LinkedList#indexOf()根據索引獲取對應值的過程了

從這個case裏面，小結一下List的特色

• 順序性，有序（一個接一個，像冰糖葫蘆似的串在一塊兒）
• 惟一性（一個蘿蔔一個坑，不容許一個索引撈出多個內容出來）

這個順序性好說，這個惟一性是我一家之言，多半描述得不太穩當，出發是爲了與Map進行對比 ，下面重點說明一下

以前的博文Java Map常見問題彙總小結 把Map比做了詞典，換在這裏比做村牌號，能夠這麼玩，將戶主名和門牌號一一對應，你報一個戶主名，我就告訴你他家門牌號，而後就有這麼個問題了

• 張三家的門牌是張村五號
• 後面張五家生了個小孩，也取名叫張三，而後張三自立門戶了，門牌分的是張村105號

如今我問張三家門牌是多少？是五號呢仍是105呢？這個就不惟一了

換成鏈表的方式，你報一個門牌號，要麼這門牌號無效，要麼就只有一家在哪兒等着你呢，這就是我所說的惟一性

（廢話比較多，惋惜沒有稿費）

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1. 常見的List有那些

JDK中實現了一些可以覆蓋絕大部分場景的List容器，羅列一些常見的以下

• ArrayList
• LinkedList
• Vector
• CopyOnWriteArrayList

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2. 根據不一樣的分類方式，對上面的List進行劃分

根據是否線程安全分類

線程安全	非線程安全
Vector, CopyOnWriteArrayList	ArrayList, LinkedList

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根據獲取數據的時間複雜度

O(1)	O(n)
ArrayList, Vector, CopyOnWriteArrayList	LinkedList

這個分類有點意思了，前面三個，給了索引，立馬就把數據給你；這後面的一個，得遍歷一把找到對應的位置再返回數據，詳情建第四條

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底層數據結構

數組	鏈表
ArrayList, Vector, CopyOnWriteArrayList	LinkedList

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擴容原理分類

動態擴容	無擴容一說
ArrayList, Vector, CopyOnWriteArrayList	LinkedList

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3. ArrayList怎麼用，如何實現的

基於數組的鏈表 ArrayList, 經常使用作有序數據存儲的容器，通常使用的三把斧

// 1. 建立數組
List<String> list = new ArrayList<>();

// 2. 添加數據
list.add("word");
list.add(0, "hello");

// 3. 獲取數組
list.get(0);

實現原理簡要說明

• ArrayList底層數據結構爲數組
• add(obj)會將數據直接扔進數組中，索引爲當前列表的長度size，而後size+1
• 若數組已經滿了，塞不下新的數據了，此時須要將數組擴容，優先擴容原來容量的1.5倍（若依舊不夠，則擴容到剛好能容納全部元素）
• add(index, obj)， 在索引處添加數據，會致使原數組中，索引以後的數據後移（即會出現數組拷貝）
• 刪除末尾數據，直接將其置爲null
• 刪除數組內部的數據，會出現數組拷貝
• 刪除元素，不會致使數組擴容（縮容）
• 查詢索引位置內容，其實是直接利用數組的獲取方式

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4. ArrayList, LinkedList區別與適用場景

二者的底層存儲結構不一樣，直接致使最終的使用場景的區別，下面以列表方式給出對比

說明	ArrayList	LinkedList
存儲結構
隨機訪問	根據數組索引定位，耗時 O(1)	從鏈表頭or鏈表尾遍歷，耗時O(n)
新增數據	列表個數超過數組容量，則數組擴容，出現數組拷貝	定位到插入位置，新增一個節點插入鏈表中
是否擴容邏輯	插入超過上限擴容 <br/> 1. 增長原來空間大小的一半 <br/> 2. 若仍塞不下，則擴充到填滿	無擴容邏輯
應用場景	1. 適合隨機訪問 <br/> 2. 隨機插入or刪除致使數組拷貝 <br/> 3. 末尾插入，較友好 <br/>	1. 隨機訪問性能差，適合遍歷場景<br/> 2. 隨機插入or刪除，先遍歷獲取位置，而後插入or刪除<br/> 3. 鏈表頭尾插入友好 <br/>

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5. ArrayList是否線程安全，如何保證線程安全

ArrayList 非線程安全，即在遍歷一個ArrayList對象時，若出現修改，則會拋一個併發修改異常，一般爲了保障線程安全，請使用 CopyOnWriteArrayList代替，至於Vector，已經退出歷史舞臺了

Vector

線程安全的列表，其實現是在全部的方法上加了同步鎖，確保同一時刻，只有一個線程在訪問列表，是一種僞併發的使用方式

CopyOnWriteArrayList

寫副本，替換原鏈表的方式實現線程安全，基本原理以下

• 讀方法不加鎖；修改方法加鎖，一次只能一個寫線程訪問
• 修改時，會拷貝一分內容出來，對拷貝的結果進行操做，最後覆蓋以前的內容
• 遍歷和讀取都是基於訪問時刻列表中的數組進行的；在執行過程當中，鏈表發生修改不會影響遍歷和讀取的結果（即此時訪問的依然是原數組內容）

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6. 幾種遍歷方式

把這個單獨拎出來有點混字數的感受（多謝也沒有啥收益，純屬手欠...）

通常的遍歷方式是採用foreach語法

List<String> strList = new ArrayList<>();
// ....
for(String str: strList) {
  System.out.println(str);
}

還有一種用得較少，通常是在要遍歷的過程當中，修改列表的值時使用

List<String> strList = new ArrayList<>();
Iterator<String> iterator = strList.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    System.out.println(iterator.next());
    if(xxx) {
        iterator.remove();
    }
}

那麼問題來了，在第一種方式中，如果修改了會怎麼樣

@Test
public void testRemove() {
    List<String> strList = new ArrayList<String>();
    strList.add("hello");
    strList.add("world");
    strList.add("test1");
    strList.add("test2");
    strList.remove(0);
    int i = 0;
    for(String str: strList) {
        System.out.println(str);
        if(++i == 1) {
            strList.remove(i);
        }
    }
}

拋了併發修改異常

7. 如何設計一個線程安全的ArrayList

徹底照着CopyOnWriteArrayList抄的話就沒意思了，然而讓本身去想一個方案，能夠怎麼搞？實現省略，暫時沒想法。。。

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