JDK集合源码之ArrayList解析（附带面试题举例）

JDK集合源码之ArrayList解析（附带面试题举例）

1、ArrayList继承体系

hbXRET.png

ArrayList又称动态数组，底层是基于数组实现的List，与数组的区别在于，其具备动态扩展的能力。从继承体系图中可以看出。

ArrayList：

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
	...
}
  • 实现了List、RandomAccess、Cloneable、java.io.Serializable等接口
  • 实现了List，具备基础的添加、删除、遍历等操作
  • 实现了RandomAccess，具备随机访问的能力
  • 实现了Seralizable，可以被序列化

2、ArrayList实现Cloneable、RandomAccess、Serializable接口

实现Cloneable接口，可以被浅拷贝

public Object clone() {
    try {
        ArrayList<?> v = (ArrayList<?>) super.clone();
        v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
        v.modCount = 0;
        return v;
    } catch (CloneNotSupportedException e) {
        // this shouldn't happen, since we are Cloneable
        throw new InternalError(e);
    }
}

想要具体了解深拷贝和浅拷贝的朋友可以去看看这篇博客：https://www.cnblogs.com/gesh-code/p/15246798.html

实现了RandomAccess接口，可以提高随机访问列表的效率

ArrayList实现了RandomAccess接口，因此当执行随机访问列表的时候，效率要高于顺序访问列表的效率，我们来看一个例子：

@Test
public void test01(){
    ArrayList list=new ArrayList();
    for (int i = 0; i <= 99999; i++) { //向集合中添加十万条数据
        list.add(i);
    }
    //测试随机访问的效率：
    Long startTime=System.currentTimeMillis();
    for (int i = 0; i < list.size(); i++) { //随机访问
        //从集合中访问每一个元素
        list.get(i);
    }
    Long endTime=System.currentTimeMillis();
    System.out.println("随机访问执行所用的时间为："+(endTime-startTime));
    //测试顺序访问的效率：
    startTime=System.currentTimeMillis();
    Iterator it=list.iterator(); //顺序访问，也可以使用增强for
    while (it.hasNext()){
        //从集合中访问每一个元素
        it.next();
    }
    endTime=System.currentTimeMillis();
    System.out.println("执行顺序访问所用时间："+(endTime-startTime));
}

查看输出结果：

随机访问执行所用的时间为：1
执行顺序访问所用时间：4

可以看出实现RandomAccess接口的ArrayList进行随机访问的效率高于进行顺序访问的效率。

作为对比我们再来看一下未实现RandomAccess接口的LinkedList集合，测试随机访问和顺序访问列表的效率对比：

@Test
public void test02(){
    LinkedList list=new LinkedList();
    for (int i = 0; i <= 99999; i++) { //向集合中添加十万条数据
        list.add(i);
    }
    //测试随机访问的效率：
    Long startTime=System.currentTimeMillis();
    for (int i = 0; i < list.size(); i++) { //随机访问
        //从集合中访问每一个元素
        list.get(i);
    }
    Long endTime=System.currentTimeMillis();
    System.out.println("随机访问执行所用的时间为："+(endTime-startTime));
    //测试顺序访问的效率：
    startTime=System.currentTimeMillis();
    Iterator it=list.iterator(); //顺序访问，也可以使用增强for
    while (it.hasNext()){
        //从集合中访问每一个元素
        it.next();
    }
    endTime=System.currentTimeMillis();
    System.out.println("执行顺序访问所用时间："+(endTime-startTime));
}

查看输出结果：

随机访问执行所用的时间为：3732
执行顺序访问所用时间：1

由结果可得出结论，没有实现RandomAccess接口的LinkedList集合，测试随机访问的效率远远低于顺序访问。

3、ArrayList 属性

 /**
 * 默认容量为10
 */
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

/**
 * 空数组，如果传入的容量为0时使用
 */
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

/**
 * 默认空容量的数组，长度为10，传入容量的时候使用，添加第一个元素的时候
 * 会重新初始为默认容量大小
 */
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

/**
 * 集合中真正存储数据元素的数组容器
 */
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access

/**
 * 集合中元素的个数
 */
private int size;
  • DEFAULT_CAPACITY：集合的默认容量，默认为10，通过new ArrayList()创建List实例时的默认集合容量是10.
  • EMPTY_ELEMENTDATA：空数组，通过new ArrayList(0)创建List集合实例的时候用的是这个空数组。
  • DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA：默认容量空数组，这种是通过new ArrayList()无参构造方法创建集合的时候用的是这个空数组，与EMPTY_ELEMENTDATA的区别是再添加第一个元素的时候使用这个空数组的会初始化为DEFAULT_CAPACITY（10）个元素。
  • elementData：存储数据元素的数组，使用transient修饰，该字段不被序列化。
  • size：存储数据元素的个数，elementData数组的长度并不是存储数据元素的个数。

4、ArrayList构造方法

ArrayList(int initialCapacity)有参构造方法

/**
 * 构造具有指定初始容量的空数组、
 * 传入初始容量，如果大于0就初始化elementData为对应大小，如果等于0就使用EMPTY_ELEMENTDATA空数组
 * @param initialCapacity
 */
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);
    }
}

ArrayList()空参构造方法

/**
 * 构造一个初始容量为10的空数组
 * 不传初始容量，初始化为DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA空数组
 * 会再添加第一个元素的时候扩容为默认的大小，即10
 */
public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

ArrayList(Collection c)有参构造方法

/**
 * 把传入集合的元素初始化到ArrayList中
 * @param c
 */
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
    //将构造方法中的集合参数转换成数组
    elementData = c.toArray();
    if ((size = elementData.length) != 0) {
        //检查c.toArray()返回的是不是Object[]类型，如果不是，重新拷贝成Object[].class类型
        if (elementData.getClass() != Object[].class)
            //数组的创建与拷贝
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
    } else {
        //如果c是空的集合，则初始化为空数组EMPTY_ELEMENTDATA
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
}

问题：为什么要检查c.toArray()返回的是不是Object[]类型，重新拷贝成Object[].class类型呢？

首先，我们都知道Object是java中的超级父类，所有类都间接或者直接继承于Object，接着我们来看一个例子：

public class ArrayListTest {
    class Father{

    }
    class Son extends Father{

    }
    class MyList extends ArrayList<String>{
        /**
         * 子类重写父类的方法，返回值可以不一样，但这里只能用数组类型
         * 换成Object就不行，应该算是java本身的bug
         * @return
         */
        @Override
        public String[] toArray() {
            //为了方便举例直接写死
            return new String[]{"a","b","c"};
        }
    }

    @Test
    public void test01(){
        Father[] fathers=new Son[]{};
        //输出结果：class [LArrayListTest$Son;
        System.out.println(fathers.getClass());

        List<String> list=new MyList();
        //输出结果：class [Ljava.lang.String;
        System.out.println(list.toArray().getClass());
    }
}

5.ArrayList相关操作方法

add(E e)添加元素到集合中

添加元素到末尾，平均时间复杂度为O(1)：

/**
 * 添加元素到末尾，平均时间复杂度为O(1)
 * @param e
 * @return
 */
public boolean add(E e) {
    //每加入一个元素，minCacpacity大小+1，并检查是否需要扩容
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    //把元素插入到最后一位
    elementData[size++] = e;
    return true;
}
/**
 * 计算最小容量
 * @param elementData
 * @param minCapacity
 * @return
 */
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
    //如果是空数组DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        //返回DEFAULT_CAPACITY和minCapacity大的一方
        return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }
    return minCapacity;
}

/**
 * 检查是否需要扩容
 * @param minCapacity
 */
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}

//扩容
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++; //数组结构被修改的次数

    //存储元素的数据长度小于需要的最小容量的时候
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        //扩容
        grow(minCapacity);
}

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

//真正扩容方法 增加增量以确保它至少可以容纳最小容量参数指定的元素数量
private void grow(int minCapacity) {
    //原来的容量
    int oldCapacity = elementData.length;
    //新容量为旧容量的1.5倍
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);

    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    //如果新容量已经超过了数组的最大容量MAX_ARRAY_SIZE了，则使用最大容量MAX_ARRAY_SIZE，最大为MAX_VALUE
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    //以新容量拷贝出来一个新数组
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

//当扩容后的新容量大于MAX_ARRAY_SIZE的时候，保证使用最大容量
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
    if (minCapacity < 0) // overflow
        throw new OutOfMemoryError();
    return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
        Integer.MAX_VALUE :
        MAX_ARRAY_SIZE;
}

执行流程：

  • 检查是否需要扩容
  • 如果elementData等于DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA，则初始化容量为DEFAULT_CAPACITY；
  • 通过calculateCapacity方法计算所需要的最小容量，确定最小容量后继续调用ensureExplicitCapacity进行扩容
  • 真正执行扩容方法，grow()新容量是老容量的1.5倍（OldCapacity+（OldCapacity>>1）），如果加了这么多发现比需要的容量还小，则以需要的容量为准。
  • 创建新容量的数组并把老数组拷贝到新数组。

add(int index,E element)添加元素到指定位置

添加元素到指定位置，平均时间复杂度为O(n)：

/**
 * 添加元素到指定位置，平均时间复杂度为O(n)
 * @param index 指定要插入的索引
 * @param element 要插入的元素
 */
public void add(int index, E element) {
    //检查下标是否越界
    rangeCheckForAdd(index);

    //检查是否需要扩容
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    //将index及其之后的元素往后挪一位，则index位置处就空出来了
    //进行了size-索引index次操作
    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                     size - index);
    //将元素插入到index的位置
    elementData[index] = element;
    //元素数量增加1
    size++;
}
/**
 * 检查是否越界
 * @param index
 */
private void rangeCheckForAdd(int index) {
    if (index > size || index < 0)
        throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}

执行流程：

  • 检查索引是否越界
  • 检查是否需要扩容
  • 把插入索引位置后的元素都往后挪一位
  • 在插入索引位置放置插入的元素
  • 元素数量+1

addAll(Collection c)添加所有集合参数中的所有元素

求两个集合的并集：

/**
* 将集合c中所有的元素添加到当前ArrayList中
* @param c 要添加的集合
* @return
*/
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
   //将集合c转化为数组
   Object[] a = c.toArray();
   int numNew = a.length;
   //检查是否需要扩容
   ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount
   //将集合c中的元素全部拷贝到数组的最后
   System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
   //集合中元素个数的大小增加c的大小
   size += numNew;
   //如果c不为空就返回true，否则返回false
   return numNew != 0;
}

get(int index)获取指定索引位置的元素

获取指定索引位置的元素，时间复杂度为O(1)。

/**
 * 获取指定索引位置的元素
 * @param index 指定索引位置
 * @return
 */
public E get(int index) {
    //检查是否越界
    rangeCheck(index);

    //返回数组index位置的元素
    return elementData(index);
}
/**
 * 检查给定的索引是否在集合有效元素数量范围内
 * @param index 给定的索引
 */
private void rangeCheck(int index) {
    if (index >= size)
        throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}

@SuppressWarnings("unchecked")
E elementData(int index) {
    return (E) elementData[index];
}

执行流程：

  • 检查索引是否越界，这里只检查是否越上界，如果越上界则抛出IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));如果越下界抛出的是ArrayIndexOutOfBoundsException异常
  • 返回索引位置处的元素（要进行强转）

remove(int index)删除指定索引位置的元素

删除指定索引位置的元素，时间复杂度为O(N)。

/**
 * 删除指定索引位置的元素，时间复杂度为O(n)
 * @param index 指定的索引
 * @return
 */
public E remove(int index) {
    //检查是否越界
    rangeCheck(index);

    //集合底层数组结构修改次数+1
    modCount++;
    //获取index位置的元素
    E oldValue = elementData(index);
    //要移动的元素个数
    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        //进行了size-索引-1次移动操作
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                         numMoved);
    //将最后一个元素删除，帮助GC
    elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work

    //返回旧值（即被删除的值）
    return oldValue;
}

注意：从源码中得出，ArrayList删除元素的时候并没有扩容

remove（Object o）删除指定元素值的元素

删除指定元素值的元素，时间复杂度为O(n)。

/**
 * 删除指定元素值的元素，时间复杂度为O(n)
 * 要从此列表中删除的元素（如果存在的话）
 * @param o
 * @return
 */
public boolean remove(Object o) {
    if (o == null) {
        //遍历整个数组，找到元素第一次出现的位置，并将其快速删除
        for (int index = 0; index < size; index++)
            //如果要删除的元素为null，则以null进行比较，使用==
            if (elementData[index] == null) {
                fastRemove(index);
                return true;
            }
    } else {
        //遍历整个数组，找到元素第一次出现的位置，并将其快速删除
        for (int index = 0; index < size; index++)
            //如果要删除的元素不为null，则进行比较，使用equals()方法
            if (o.equals(elementData[index])) {
                fastRemove(index);
                return true;
            }
    }
    return false;
}

/**
 * 专用的remove方法，跳过边界检查，并且不返回删除的值
 * @param index
 */
private void fastRemove(int index) {
    //集合底层数组结构修改次数+1
    modCount++;
    //如果index不是最后一位，则将index之后的元素依次往前移动一位
    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                         numMoved);
    elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
}

执行流程：

  • 找到第一个等于指定元素值的元素

  • 快速删除

    fastRemove(int index)相对于remove(int index)少了检查索引越界的操作，可见JDK一直在做性能优化

retainAll（Coolection c）求两个集合的交集

/**
 * 求两个集合的交集
 * @param c 集合对象
 * @return
 */
public boolean retainAll(Collection<?> c) {
    //集合对象c不能为null
    Objects.requireNonNull(c);
    //采用批量删除的方式，这时complement传入true，表示删除不包含在c中的元素
    return batchRemove(c, true);
}

/**
 * 批量删除元素
 * @param c 集合对象
 * @param complement 为true表示删除c中不包含的元素
 *        complement为false表示删除c中包含的元素
 * @return
 */
private boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement) {
    final Object[] elementData = this.elementData;
    /**
     * 使用读写两个指针同时遍历数组
     * 读指针每次自增1，写指针放入元素的时候才加1
     * 这样不需要额外的空间，只需要在原有的数组上操作就可以了
     */
    int r = 0, w = 0;
    boolean modified = false;
    try {
        for (; r < size; r++)
            //遍历整个数组，如果c中包含该元素，则把该元素放到写指针的位置（以complement为准）
            if (c.contains(elementData[r]) == complement)
                elementData[w++] = elementData[r];
    } finally {
        //正常来说r最后是等于size的，除非c.contains()抛出了异常
        if (r != size) {
            //如果c.contains()出现了异常，则把未读的元素都拷贝到写指针后
            System.arraycopy(elementData, r,
                             elementData, w,
                             size - r);
            w += size - r;
        }
        if (w != size) {
            //将写指针之后的元素置为空，帮助GC
            for (int i = w; i < size; i++)
                elementData[i] = null;
            modCount += size - w;
            //新大小等于写指针的位置（因为每写一次写指针就加1，所以新大小正好等于写指针的位置）
            size = w;
            modified = true;
        }
    }
    //有修改返回true
    return modified;
}

执行流程：

  • 遍历elementData数组
  • 如果元素在c中，则把这个元素添加到elementData数组的w位置并将w位置往后移一位
  • 遍历完之后，w之前的元素都是两者共有的，w之后（包含）的元素不说两者共有的
  • 将w之后（包含）的元素置为null，方便GC回收

removeAll（Collection c）求两个集合的单方向差集

求两个集合的单方向差集，只保留当前集合中不在c中的元素，不保留在c中不在当前集合中

/**
 * Removes from this list all of its elements that are contained in the
 * specified collection.
 * 从此集合中删除指定的集合中包含的所有元素。
 * 
 * @param c collection containing elements to be removed from this list
 * @return {@code true} if this list changed as a result of the call
 * @throws ClassCastException   if the class of an element of this list
 *                              is incompatible with the specified collection
 *                              (<a href="Collection.html#optional-restrictions">optional</a>)
 * @throws NullPointerException if this list contains a null element and the
 *                              specified collection does not permit null elements
 *                              (<a href="Collection.html#optional-restrictions">optional</a>),
 *                              or if the specified collection is null
 * @see Collection#contains(Object)
 */
public boolean removeAll(Collection<?> c) {
    // 集合c不能为空
    Objects.requireNonNull(c);
    // 同样调用批量删除方法，这时complement传入false，表示删除包含在c中的元素
    return batchRemove(c, false);
}

与retainAll(Collection c)方法类似，只是这里保留的是不在c中的元素。

6、扩展知识

ArrayList所使用的toString()方法分析：

我们都知道ArrayList集合是可以直接使用toString()方法的，那么我们来挖一下ArrayList的toString()方法是如何实现的：

在ArrayList源码中并没有直接的toString()方法，我们需要到其父类AbstractList的父类AbstractCollection中寻找：

public String toString() {
    Iterator<E> it = iterator(); //获取迭代器
    if (! it.hasNext()) //如果为空直接返回
        return "[]";

    //StringBuilder进行字符串拼接
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    sb.append('[');
    for (;;) { //无限循环
        E e = it.next(); //迭代器next方法去元素，并将其光标后移
        sb.append(e == this ? "(this Collection)" : e);
        if (! it.hasNext())
            return sb.append(']').toString(); //没有元素了。则拼接右括号
        sb.append(',').append(' '); //还有元素存在
    }
}

总结：
（1）ArrayList内部使用数组存储元素，当数组长度不够的时候进行扩容，每次加一半的空间，ArrayList不会进行缩容。
（2）ArrayList支持随机访问，通过索引访问元素极快，时间复杂度为O（1）
（3）ArrayList添加元素到尾部极快，平均时间复杂度为O（1）
（4）ArrayList添加元素到中间比较慢，因为要搬移元素，平均时间复杂度为O（n）
（5）ArrayList从尾部删除元素极快，时间复杂度为O（1）
（6）ArrayList从中间删除元素比较慢，因为要搬移元素，平均时间复杂度为O（n）
（7）ArrayList支持求并集，调用addAll（Collection c）方法即可
（8）ArrayList支持求交集，调用retainAll（Collection c）方法即可
（9）ArrayList支持求单向差集，调用removeAll（Collection c）方法即可

答疑问题：elementData设置成了transient，那么ArrayList是怎么把元素序列化的呢？

/**
 * 将ArrayList实例的状态保存到流中（对其进行序列化）
 * @param s
 * @throws java.io.IOException
 */
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
    throws java.io.IOException{
    //防止序列化期间有修改
    int expectedModCount = modCount;
    //写出非transient非static属性(会写出size属性)
    s.defaultWriteObject();

    //写出元素个数
    s.writeInt(size);

    //依次写出元素
    for (int i=0; i<size; i++) {
        s.writeObject(elementData[i]);
    }

    //如果有修改，则抛出异常，以此保证序列化的时候不会执行添加删除等操作
    if (modCount != expectedModCount) {
        throw new ConcurrentModificationException();
    }
}

/**
 * 从流中重构ArrayList实例（即反序列化）
 */
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
    throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
    //读入的时候设置为空数组
    elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;

    //读入非transient非static属性（会读取size属性）
    s.defaultReadObject();

    // 读入元素个数，没什么用，只是因为写出的时候写了size属性，读入的时候也要按照顺序来读
    s.readInt(); // ignored

    if (size > 0) {
        //计算最小容量
        int capacity = calculateCapacity(elementData, size);
        SharedSecrets.getJavaOISAccess().checkArray(s, Object[].class, capacity);
        //检查是否需要扩容
        ensureCapacityInternal(size);

        Object[] a = elementData;
        // Read in all elements in the proper order.
        for (int i=0; i<size; i++) {
            //依次读取元素到数组中
            a[i] = s.readObject();
        }
    }
}

查看writeObject()方法可知，先调用s.defaultWriteObject() 方法，再把size写入流中，再把元素一个一个的写入到流中。

一般地，只要实现了Serializable接口即可自动序列化，writeObject()和readObject()是为了自己控制序列化地方式，这两个方式必须声明为private，再java.io.ObjectStreamClass#getPrivateMethod()方法中通过反射获取到writeObject()这个方法。

在ArrayList地writeObject()方法中先调用了s.defaultWriteObject()方法，这个方法是写入非static非transien地属性，在ArrayList中也就是size属性。同样的，在readObject()中先调用了s.defaultyReadObject()方法解析出了size属性。

elementData定义为transient的优势，自己根据size序列化真实的元素，而不是根据数组的长度序列化元素，减少了空间的占用。

7、ArrayList相关面试题

7.1、ArrayList如何进行扩容？

第一次扩容10，以后每次都扩容原容量的1.5倍，扩容通过位运算右移动一位

7.2、ArrayList频繁扩容导致添加新跟那个急剧下降，如何处理？

@Test
public void test06(){
    //ArrayList频繁扩容导致添加性能急剧下降，如何处理？
    //案例如下：
    ArrayList list=new ArrayList();
    long startTime=System.currentTimeMillis();
    //添加100w条数据到集合中
    for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
        list.add(i);
    }
    long endTime=System.currentTimeMillis();
    System.out.println("优化之前，添加100w数据用时："+(endTime-startTime));
    System.out.println("---------------下边是解决方案-------------------");
    ArrayList list1=new ArrayList(1000000);
    startTime=System.currentTimeMillis();
    //添加100w数据到集合中
    for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
        list1.add(i);
    }
    endTime=System.currentTimeMillis();
    System.out.println("优化之后，添加100w条数据用时：" + (endTime - startTime));
}

输出结果：

优化之前，添加100w数据用时：2522
---------------下边是解决方案-------------------
优化之后，添加100w条数据用时：863

可以看出，如果在大量数据需要添加到集合中的时候，提前定义ArrayList集合的初始容量，从而不用花费大量时间在自动扩容上。

7.3、ArrayList插入或者删除元素是否一定比LinkedList慢？

从二者底层数据结构来说：

  • ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构
  • LinkedList是基于链表的数据结构。

效率对比：

  • 首部插入：LinkedList首部插入数据很快，因为只需要修改插入元素前面节点的prev值和next值集合。ArrayList首部插入数据慢，因为数组赋值的方式移位耗时多。
  • 中间插入：LinkedList中间插入数据慢，因为遍历链表指针（二分查找）耗时多；ArrayList中间插入数据快，因为定位插入元素位置的速度快，移位操作的元素没那么多。
  • 尾部插入：LinkedList尾部插入数据慢，因为遍历链表指针（二分查找）耗时多；ArrayList尾部插入数据快，为定位插入元素位置的速度快，操作后移位操作的数据量较少。

总结：

  • 在集合里面插入元素速度比对结果是：首部插入，LinkedList更快；中间和尾部插入，ArrayList更快。
  • 在集合里面删除元素类似，首部删除，LinkedList更快；中间和尾部删除，ArrayList更快。

因此，数据量不大的集合，主要进行插入、删除操作，建议使用LinkedList；数据量大的集合，使用ArrayList就可以了，不仅查询速度快，并且插入和删除效率也相对较高。

7.4、ArrayList是线程安全的吗？

答案肯定是否定的，我们来看一个例子：

首先新建一个线程任务类：

public class CollectionTask implements Runnable {
    //共享集合
    private List<String> list;

    public CollectionTask(List<String> list) {
        this.list = list;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            Thread.sleep(50);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //把当前线程名字加入到集合中
        list.add(Thread.currentThread().getName());
    }
}

测试代码：

@Test
public void test03() throws InterruptedException {
    //创建集合
    List<String> list=new ArrayList<>();
    //创建线程任务
    CollectionTask collectionTask=new CollectionTask(list);
    //开启50个任务
    for (int i = 0; i < 50; i++) {
        new Thread(collectionTask).start();
    }
    //确保子线程执行完毕
    Thread.sleep(3000);
    /**
     * 如果ArrayList是线程安全的，则遍历集合可以得到50条数据
     * 打印集合长度为50
     * 否则说明其不说线程安全的
     */
    for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
        System.out.println(list.get(i));
    }
    System.out.println("--------------------------------");
    System.out.println("集合长度："+list.size());
}
}

输出：

null
null
Thread-1
Thread-3
Thread-5
Thread-7
Thread-4
Thread-30
Thread-33
Thread-32
Thread-31
Thread-28
Thread-29
Thread-27
Thread-25
Thread-26
Thread-23
Thread-22
Thread-24
Thread-21
Thread-20
Thread-17
Thread-16
Thread-19
Thread-18
Thread-13
Thread-12
Thread-15
Thread-9
Thread-8
Thread-14
Thread-11
Thread-10
null
Thread-48
Thread-45
Thread-44
Thread-41
Thread-40
Thread-37
Thread-36
Thread-47
Thread-46
Thread-43
Thread-42
Thread-39
Thread-38
Thread-35
Thread-34
--------------------------------
集合长度：49

因此，得出结论，ArrayList并不是线程安全的集合！如果需要保证线程安全，建议使用Vector集合，其是线程安全的，但是相对于ArrayLisyt来说，效率较低。

而Vector相对于ArrayList之所以是线程安全的，就在于其add()为集合添加元素的方法：

// 可以看出Vector的add方法加上了synchronized 同步关键字
public synchronized void addElement(E obj) {
        modCount++;
        ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
        elementData[elementCount++] = obj;
}

​ 除了Vector集合外，还可以使用为如下方式：

List<String> list = new ArrayList<>();
List<String> synchronizedList = Collections.synchronizedList(list);

这样得到的synchronized也是线程安全的！

注意：什么情况下不用给ArrayList加同步锁呢？

  • 第一：在单线程的情况下不需要加锁，为效率问题考虑！
  • 第二，当ArrayList作为局部变量的时候不需要加锁，因为局部变量属于某一线程，而我们把上述例子中是把ArrayLIst作为成员变量来使用，成员变量的集合是需要被所有线程共享的，这是需要加锁！

7.5、如何赋值某个ArrayList到另外一个Arraylist中去呢？你能列举几种？

  • 使用clone()方法，因为ArrayList方法实现了Cloneable接口，可以被克隆
  • 使用ArrayList构造方法，ArrayList(Collection<? extends E> c)
  • 使用addAll(Collection<? extends E> c)
  • 自己写一个循环去一个一个add

7.6 、ArrayList如何做到并发修改，而不出现并发修改异常？

问题：已知成员变量集合存储N多用户名称，在多线程环境下，使用迭代器在读取集合数据的同时，如何保证还可以正常地写入数据到集合？

新建一个线程任务类：

/**
 * @Description: 线程任务类，使用ArrayList在多线程环境下，修改集合数据，
 * 且不出现并发修改异常
 */
public class CollectionThread implements Runnable{
    private static ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
    static {
        list.add("Jack");
        list.add("Amy");
        list.add("Lucy");
    }

    @Override
    public void run() {
        for (String value : list){
            System.out.println(value);
            // 在读取数据的同时又向集合写入数据
            list.add("Coco");// 会出现并发修改异常
        }
    }
}

测试在多线程环境下读取共享集合数据地同时向其写入：

/**
 * @Description: 面试问题：
 * 已知成员变量集合存储N多用户名称，在多线程的环境下，使用迭代器在读取集合数据的同时，
 * 如何保证还可以正常的写入数据到集合？
 */
public class Test03 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建线程任务
        CollectionThread collectionThread = new CollectionThread();

        // 开启10条线程
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(collectionThread).start();
        }
    }
}

测试结果：

Jack
Jack
Jack
Jack
Jack
Jack
Jack
Jack
Jack
Jack
Exception in thread "Thread-0" Exception in thread "Thread-1" Exception in thread "Thread-4" Exception in thread "Thread-5" Exception in thread "Thread-8" java.util.ConcurrentModificationException
	at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:909)
	at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:859)
	at com.haust.list.CollectionThread.run(CollectionThread.java:21)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
Exception in thread "Thread-9" java.util.ConcurrentModificationException
	at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:909)
	at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:859)
	at com.haust.list.CollectionThread.run(CollectionThread.java:21)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
Exception in thread "Thread-2" java.util.ConcurrentModificationException
	at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:909)
	at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:859)
	at com.haust.list.CollectionThread.run(CollectionThread.java:21)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
java.util.ConcurrentModificationException
	at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:909)
	at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:859)
	at com.haust.list.CollectionThread.run(CollectionThread.java:21)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
java.util.ConcurrentModificationException
	at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:909)
	at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:859)
	at com.haust.list.CollectionThread.run(CollectionThread.java:21)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
java.util.ConcurrentModificationException
	at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:909)
	at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:859)
	at com.haust.list.CollectionThread.run(CollectionThread.java:21)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
java.util.ConcurrentModificationException
	at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:909)
	at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:859)
	at com.haust.list.CollectionThread.run(CollectionThread.java:21)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
Exception in thread "Thread-7" Exception in thread "Thread-6" java.util.ConcurrentModificationException
	at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:909)
	at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:859)
	at com.haust.list.CollectionThread.run(CollectionThread.java:21)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
Exception in thread "Thread-3" java.util.ConcurrentModificationException
	at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:909)
	at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:859)
	at com.haust.list.CollectionThread.run(CollectionThread.java:21)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
java.util.ConcurrentModificationException
	at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:909)
	at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:859)
	at com.haust.list.CollectionThread.run(CollectionThread.java:21)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

出现并发修改异常，为解决此问题呢，java引入了一个可以保证读和写都是线程安全地集合（读写分离集合）：CopyonWriteArrayList

所以解决方案就是：


// private static ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
// 使用读写分离集合替换掉原来的ArrayList
private static CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<String>();
static {
    list.add("Jack");
    list.add("Amy");
    list.add("Lucy");
}
@Override
public void run() {
    for (String value : list){
        System.out.println(value);
        // 在读取数据的同时又向集合写入数据
        list.add("Coco");// 会出现并发修改异常
    }
}
posted @ 2021-09-20 21:16  轻风格走一走  阅读(246)  评论(0)  编辑  收藏  举报