【知識總結】ArrayList

ArrayList集合底層數據結構

• List 接口的可調節大小的數組實現。
• 特色：增刪慢，查詢快。

ArrayList實現的三個接口

它實現了三個接口，相同點都是空接口，做爲一個標記出現。

• Serializable標識接口

類的序列化由實現這個接口的類啓動。不實現此接口的類不會使用任何狀態序列化和反序列化。

序列化：將對象的數據寫入到文件

反序列化：將文件中的對象的數據讀取出來

• Cloneable標識接口

只有實現這個 「可克隆」 接口，而後在類中重寫 Object 中的 clone() 方法，後面經過類調用 clone 方法才能克隆成功。若是不實現這個接口，則會拋出 克隆不被支持 的異常。

• RandomAccess標識接口

只要實現了這個接口，就能支持快速隨機訪問。

1. ArrayList 實現了 RandomAccess 接口，使用 for 循環經過索引遍歷。
2. LinkedList 沒有實現這個接口，默認使用 iterator 進行遍歷。

經過測試，他們這樣各自的實現是最高效的，因此實現 RandomAccess 接口也須要根據實際場景需求來進行。

ArrayList構造方法

構造方法	描述
ArrayList()	構造一個初始容量爲 10 的空列表
ArrayList(int initialCapacity)	構造一個指定初始容量的空列表
ArrayList(Collection<? extends E> c)	構造一個包含指定集合元素的列表（參數就是一個集合）

各個方法的時間複雜度

方法	時間複雜度
add(E e)	添加元素到末尾，平均時間複雜度爲O(1)
add(int index, E e)	添加元素到指定位置，平均時間複雜度爲O(n)
get(int index)	獲取指定索引位置的元素，時間複雜度爲O(1)
remove(int index)	刪除指定索引位置的元素，時間複雜度爲O(n)
remove(Object o)	刪除指定元素值的元素，時間複雜度爲O(n)

Add方法源碼分析

public boolean add(E e) {
    //調用方法對內部容量進行檢查
    ensureCapacityInternal(size + 1); 
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    //若是 elementData 數組爲空
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        //若是容量不足10，擴容至默認容量10（第一次擴容的參數，此時數組還爲null）
        minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }
    ensureExplicitCapacity(minCapacity);    //將上面計算出的容量傳遞，繼續檢查
}

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;        //記錄修改的次數++ （主要用於迭代器中）
    
    //當前最小容量 - 數組長度 > 0（判斷是否溢出）
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        //將第一次計算出來的容量傳給 「核心擴容方法」
        grow(minCapacity);    
}

private void grow(int minCapacity) {
    int oldCapacity = elementData.length;                //記錄舊的數組容量
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);        //新容量擴容1.5倍
    
    //若是新容量小於最小容量，則將最小容量的值賦給 新容量（若是是第一次調用add方法必然小於）
    if (newCapacity - minCapacity < 0)                    
        newCapacity = minCapacity;
    
    //若是newCapacity大於數組最大容量（默認是int類型最大值）
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);    //建立超大數組，Integer.MAX_VALUE
    
    //建立一個新數組，將新數組的地址賦值給elementData
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

• 若是容量不足10，第一次擴容至10，之後每次都是原容量的 1.5 倍。

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ArrayList 頻繁擴容致使添加性能降低的解決辦法

建立集合的時候指定足夠大的容量。

ArrayList線程安全嗎？

ArrayList 不是線程安全的，例如當咱們 add 操做時，elementData[size++] 這個操做並非原子操做。

ArrayList 中 elementData 爲何使用 transient 修飾？

transient 關鍵字修飾的對象不會被序列化。由於 elementData 是 ArrayList 的數據域，因爲 ArrayList 是基於動態數組實現的， elementData 的容量一般大於實際存儲元素的容量，因此只需發送有實際值的數組元素便可。

ArrayList 和 LinkedList 的區別

數據結構：ArrayList底層是數組（內存裏是連續的空間），LinkedList底層鏈表（內存空間不連續）。

訪問效率：ArrayList比LinkedList 在隨機訪問的時候效率要高，由於 LinkedList 是線性的數據存儲方式，因此須要移動指針從前日後依次查找。

增刪效率：LinkedList 要比 ArrayList 效率要高，由於 ArrayList 增刪操做要影響數組內的其餘數據的下標。LinkedList只須要改變先後的指針就能夠了。

ArrayList和Vector的區別

ArrayList 和 Vector的底層都是基於數組實現的動態擴容。他們的區別在於：

線程安全：Vector 使用了 Synchronized 來實現線程同步，而 ArrayList 是線程不安全的。

性能：ArrayList 在性能方面優於 Vector。

擴容：Vector 擴容每次擴容 2 倍，而 ArrayList 擴容 1.5 倍。

ArrayList 相應的線程安全容器

ArrayList和LinkedList的區別和原理

• 使用 Vector，方法上添加了 Synchronized 來實現線程同步，但已經不推薦了。
• 使用集合工具類的 Collections.synchronizedList() 方法。
• 使用 CopyOnWriteArrayList 類建立集合。

CopyOnWriteArray介紹

CopyOnWriteArray 容器是一個 寫時複製 的容器。

往一個容器添加元素的時候，不直接往當前容器的 Object[] 添加，而是先將當前容器 Object[] 進行復制，複製出一個新的容器。而後向新的容器裏添加元素，添加完元素以後，再將原容器的引用指向新的容器。

這樣作的好處是，能夠對 CopyOnWrite 容器進行併發的讀，而不須要加鎖，由於當前容器不會添加任何元素。因此 CopyOnWrite 容器是一種 「讀寫分離」 的思想，讀和寫是不一樣的容器。

缺點是每次寫入都要複製一個新的數組，會形成內存浪費，垃圾回收頻繁等，適合讀多寫少的場景。