Java集合的深入探讨

参考【Java集合后面的部分用的多吗?初级面试问的多吗? - Java3y的回答 - 知乎】

Java中关于集合的内容是比较多的，主要的集合类型分为Set（无序）、List（有序）、Queue、Map。它们关系如下图，所有的Java集合类均是这【四个接口】的实现类。下面将依次进行介绍。

List

List在Java里边是一个接口，常见的实现类有ArrayList和LinkedList，在开发中用得最多的是ArrayList。

ArrayList的底层数据结构是数组，LinkedList底层数据结构是链表。

ArrayList

先来说说为什么Java中已经有了数组，还要增加 ArrayList。

我们知道，数组必须在创建（不是声明）时指定数组的容量，但很多时候我们并不知道要存放多少数据进去，这个容量设置大了就造成内存浪费，设置小了又容易导致溢出。而ArrayList不同，它会动态扩大数组的容量，这样就避免了原生数组的这两个问题。

首先，在创建ArrayList的时候，可以指定其初始容量大小，不指定的话默认容量为10。这可以从源码看到：（下面只复制部分源码进行展示）

    //默认容量大小
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
	
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    //这就是ArrayList底层用于存放数据的数组
    transient Object[] elementData;

    //指定初始化容量
    public ArrayList(int initialCapacity) {
        if (initialCapacity > 0) {
            this.elementData = new Object[initialCapacity];
        } else if (initialCapacity == 0) {
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        } else {
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        }
    }

    //不指定容量时，用默认容量进行设置
    public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

transient关键字：实现了Serilizable接口的类，如果某个属性前添加关键字transient，序列化对象的时候，这个属性就不会被序列化到指定的目的地中

1. 如何实现动态扩容？

当我们new ArrayList()的时候，默认会有一个空的Object数组，大小为0，源码如下：

    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

当我们第一次add添加数据的时候，会给这个数组初始化一个大小，这个大小默认值为10
使用ArrayList在每一次add的时候，它都会先去计算这个数组够不够空间
如果空间是够的，那直接追加上去就好了。如果不够，那就得扩容

2. 扩容，一次扩容多少？

在源码里边，有个grow方法，每一次扩原来的1.5倍。比如说，初始化的值是10，现在我第11个元素要进来了，发现这个数组的空间不够了，所以会扩到15（看下图第四块代码：newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1)，也就是新数组长度是old+old/2=1.5*old，即1.5倍旧数组长度）

空间扩完容之后，会调用arraycopy来对数组进行拷贝

为何在日常开发中用得最多的是ArrayList呢？

这是由底层的数据结构来决定的，在日常开发中，遍历的需求比增删要多，即便是增删也是往往在List的尾部添加就OK了。

像在尾部添加元素，ArrayList的时间复杂度也就O(1)

另外，ArrayList的增删底层调用的copyOf()被优化过，现代CPU对内存可以块操作，ArrayList的增删一点儿也不会比LinkedList慢