InterV 9：源码分析
一. Hashmap的原理
源码分析参考文章：http://www.cnblogs.com/xwdreamer/archive/2012/06/03/2532832.html
题目参考文章：http://www.importnew.com/7099.html
总结：
HashMap基于hashing原理，我们通过put()和get()方法储存和获取对象。当我们将键值对传递给put()方法时，它调用键对象的hashCode()方法来计算hashcode，然后通过hashcode值找到bucket位置来储存值对象。当我们调用get(k)方法，HashMap会使用键对象的hashcode方法得到hashcode值，然后通过hashcode值找到bucket位置，找到bucket位置之后，会调用keys.equals()方法去找到链表中正确的节点，最终找到要找的值对象。
HashMap使用链表来解决碰撞问题，当发生碰撞了，对象将会储存在链表的下一个节点中。 HashMap在每个链表节点中储存键值对对象。
当两个不同的键对象的hashcode相同时会发生什么？ 它们会储存在同一个bucket位置的链表中。键对象的equals()方法用来找到键值对。
面试时可能会问到的问题：
1.“你用过HashMap吗？” “什么是HashMap？你为什么用到它？”
用过，HashMap是基于哈希表的Map接口的非同步实现（Hashtable跟HashMap很像，唯一的区别是Hashtalbe中的方法是线程安全的，也就是同步的）。此实现提供所有可选的映射操作，并允许使用null键和null值。此类不保证映射的顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。
2.“你知道HashMap的工作原理吗？” “你知道HashMap的get()方法的工作原理吗？
答案：HashMap是基于hashing的原理，我们使用put(key, value)存储对象到HashMap中，使用get(key)从HashMap中获取对象。当我们给put()方法传递键和值时，我们先对键调用hashCode()方法，返回的hashCode用于找到bucket位置来储存Entry对象。当获取对象时，HashMap会使用键对象的hashcode方法得到hashcode值，然后通过hashcode值找到bucket位置，找到bucket位置之后，会调用keys.equals()方法去找到链表中正确的节点，最终找到要找的值对象。
解释：这里关键点在于指出，HashMap是在bucket中储存键对象和值对象，作为Map.Entry。这一点有助于理解获取对象的逻辑。如果你没有意识到这一点，或者错误的认为仅仅只在bucket中存储值的话，你将不会回答如何从HashMap中获取对象的逻辑。这个答案相当的正确，也显示出面试者确实知道hashing以及HashMap的工作原理
3.当两个对象的hashcode相同会发生什么
答案：因为hashcode相同，所以它们的bucket位置相同，‘碰撞’会发生。因为HashMap使用链表存储对象，这个Entry(包含有键值对的Map.Entry对象)会存储在链表中。
解释：这个答案非常的合理，虽然有很多种处理碰撞的方法，这种方法是最简单的，也正是HashMap的处理方法。
4.如果两个键的hashcode相同，你如何获取值对象？
答案：当我们调用get(k)方法，HashMap会使用键对象的hashcode找到bucket位置，找到bucket位置之后，会调用keys.equals()方法去找到链表中正确的节点，最终找到要找的值对象。
解释：许多情况下，面试者会在这个环节中出错，因为他们混淆了hashCode()和equals()方法。因为在此之前hashCode()屡屡出现，而equals()方法仅仅在获取值对象的时候才出现。一些优秀的开发者会指出使用不可变的、声明作final的对象，并且采用合适的equals()和hashCode()方法的话，将会减少碰撞的发生，提高效率。不可变性使得能够缓存不同键的hashcode，这将提高整个获取对象的速度，使用String，Interger这样的wrapper类作为键是非常好的选择。
5.如果HashMap的大小超过了负载因子(load factor)定义的容量，怎么办？
答案：默认的负载因子大小为0.75，也就是说，当一个map填满了75%的bucket时候，和其它集合类(如ArrayList等)一样，将会创建原来HashMap大小的两倍的bucket数组，来重新调整map的大小，并将原来的对象放入新的bucket数组中。这个过程叫作rehashing，因为它调用hash方法找到新的bucket位置。
解释：除非你真正知道HashMap的工作原理，否则你将回答不出这道题。
6.你了解重新调整HashMap大小存在什么问题吗？
答案：当重新调整HashMap大小的时候，存在条件竞争，出现死循环。因为如果两个线程都发现HashMap需要重新调整大小了，它们会同时试着调整大小。在调整大小的过程中，存储在链表中的元素的次序会反过来，因为移动到新的bucket位置的时候，HashMap并不会将元素放在链表的尾部，而是放在头部，这是为了避免尾部遍历(tail traversing)。如果条件竞争发生了，那么就死循环了。
解释：你可能回答不上来，这时面试官会提醒你当多线程的情况下，可能产生条件竞争(race condition)。
7.为什么String, Interger这样的wrapper类适合作为键？
答案：String, Interger这样的wrapper类作为HashMap的键是再适合不过了，而且String最为常用。因为String是不可变的，也是final的，而且已经重写了equals()和hashCode()方法了。其他的wrapper类也有这个特点。不可变性是必要的，因为为了要计算hashCode()，就要防止键值改变，如果键值在放入时和获取时返回不同的hashcode的话，那么就不能从HashMap中找到你想要的对象。不可变性还有其他的优点如线程安全。如果你可以仅仅通过将某个field声明成final就能保证hashCode是不变的，那么请这么做吧。因为获取对象的时候要用到equals()和hashCode()方法，那么键对象正确的重写这两个方法是非常重要的。如果两个不相等的对象返回不同的hashcode的话，那么碰撞的几率就会小些，这样就能提高HashMap的性能。
8.我们可以使用自定义的对象作为键吗？
答案：这是前一个问题的延伸。当然你可能使用任何对象作为键，只要它遵守了equals()和hashCode()方法的定义规则，并且当对象插入到Map中之后将不会再改变了。如果这个自定义对象时不可变的，那么它已经满足了作为键的条件，因为当它创建之后就已经不能改变了。
9.我们可以使用CocurrentHashMap来代替Hashtable吗？
答案：这是另外一个很热门的面试题，因为ConcurrentHashMap越来越多人用了。我们知道Hashtable是synchronized的，但是ConcurrentHashMap同步性能更好，因为它仅仅根据同步级别对map的一部分进行上锁。ConcurrentHashMap当然可以代替HashTable，但是HashTable提供更强的线程安全性
10.Hashmap为什么大小是2的幂次
答案：为了hash的平均分布，减少碰撞值
11.什么是HashMap的加载因子
答案：加载因子表示Hsah表中元素的填满的程度. 若:加载因子越大,填满的元素越多,好处是,空间利用率高了,但:冲突的机会加大了.反之,加载因子越小,填满的元素越少,好处是:冲突的机会减小了,但:空间浪费多了.
来自：https://github.com/leeSmall/JavaGuide
12. HashMap 简介
HashMap 主要用来存放键值对，它基于哈希表的Map接口实现，是常用的Java集合之一。
JDK1.8 之前 HashMap 由 数组+链表 组成的，数组是 HashMap 的主体，链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的（“拉链法”解决冲突）.JDK1.8 以后在解决哈希冲突时有了较大的变化，当链表长度大于阈值（默认为 8）时，将链表转化为红黑树，以减少搜索时间。
13. 底层数据结构分析
13.1 JDK1.8之前
JDK1.8 之前 HashMap 底层是 数组和链表 结合在一起使用也就是 链表散列。HashMap 通过 key 的 hashCode 经过扰动函数（ HashMap 的 hash 方法）处理过后得到 hash 值，然后通过 (n - 1) & hash 判断当前元素存放的位置（这里的 n 指的是数组的长度），如果当前位置存在元素的话，就判断该元素与要存入的元素的 hash 值以及 key 是否相同，如果相同的话，直接覆盖，不相同就通过拉链法解决冲突。
所谓扰动函数指的就是 HashMap 的 hash 方法。使用 hash 方法也就是扰动函数是为了防止一些实现比较差的 hashCode() 方法 换句话说使用扰动函数之后可以减少碰撞。
JDK 1.8 HashMap 的 hash 方法源码:
JDK 1.8 的 hash方法 相比于 JDK 1.7 hash 方法更加简化，但是原理不变。
static final int hash(Object key) { int h; // key.hashCode()：返回散列值也就是hashcode // ^ ：按位异或 // >>>:无符号右移，忽略符号位，空位都以0补齐 return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16); }
对比一下 JDK1.7的 HashMap 的 hash 方法源码.
static int hash(int h) { // This function ensures that hashCodes that differ only by // constant multiples at each bit position have a bounded // number of collisions (approximately 8 at default load factor). h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12); return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4); }
对比总结：相比于 JDK1.8 的 hash 方法 ，JDK 1.7 的 hash 方法的性能会稍差一点点，因为毕竟扰动了 4 次。
所谓 “拉链法” 就是：将链表和数组相结合。也就是说创建一个链表数组，数组中每一格就是一个链表。若遇到哈希冲突，则将冲突的值加到链表中即可。
13.2 JDK1.8之后
相比于之前的版本，jdk1.8在解决哈希冲突时有了较大的变化，当链表长度大于阈值（默认为8）时，将链表转化为红黑树，以减少搜索时间。
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loadFactor加载因子
loadFactor加载因子是控制数组存放数据的疏密程度，loadFactor越趋近于1，那么 数组中存放的数据(entry)也就越多，也就越密，也就是会让链表的长度增加，loadFactor越小，也就是趋近于0，数组中存放的数据(entry)也就越少，也就越稀疏。
loadFactor太大导致查找元素效率低，太小导致数组的利用率低，存放的数据会很分散。loadFactor的默认值为0.75f是官方给出的一个比较好的临界值。
给定的默认容量为 16，负载因子为 0.75。Map 在使用过程中不断的往里面存放数据，当数量达到了 16 * 0.75 = 12 就需要将当前 16 的容量进行扩容，而扩容这个过程涉及到 rehash、复制数据等操作，所以非常消耗性能。
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threshold
threshold = capacity * loadFactor，当Size>=threshold的时候，那么就要考虑对数组的扩增了，也就是说，这个的意思就是 衡量数组是否需要扩增的一个标准。
14. HashMap源码分析
14.1 构造方法
// 默认构造函数。 public HashMap() { this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted } // 包含另一个“Map”的构造函数 public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) { this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; putMapEntries(m, false);//下面会分析到这个方法 } // 指定“容量大小”的构造函数 public HashMap(int initialCapacity) { this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR); } // 指定“容量大小”和“加载因子”的构造函数 public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " + initialCapacity); if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY; if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " + loadFactor); this.loadFactor = loadFactor; this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity); }
14.2 putMapEntries方法：
final void putMapEntries(Map<? extends K, ? extends V> m, boolean evict) { int s = m.size(); if (s > 0) { // 判断table是否已经初始化 if (table == null) { // pre-size // 未初始化，s为m的实际元素个数 float ft = ((float)s / loadFactor) + 1.0F; int t = ((ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY) ? (int)ft : MAXIMUM_CAPACITY); // 计算得到的t大于阈值，则初始化阈值 if (t > threshold) threshold = tableSizeFor(t); } // 已初始化，并且m元素个数大于阈值，进行扩容处理 else if (s > threshold) resize(); // 将m中的所有元素添加至HashMap中 for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet()) { K key = e.getKey(); V value = e.getValue(); putVal(hash(key), key, value, false, evict); } } }
14.3 put方法
HashMap只提供了put用于添加元素，putVal方法只是给put方法调用的一个方法，并没有提供给用户使用。
对putVal方法添加元素的分析如下：
- ①如果定位到的数组位置没有元素 就直接插入。
- ②如果定位到的数组位置有元素就和要插入的key比较，如果key相同就直接覆盖，如果key不相同，就判断p是否是一个树节点，如果是就调用
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value)将元素添加进入。如果不是就遍历链表插入(插入的是链表尾部)。
public V put(K key, V value) { return putVal(hash(key), key, value, false, true); } final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) { Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i; // table未初始化或者长度为0，进行扩容 if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) n = (tab = resize()).length; // (n - 1) & hash 确定元素存放在哪个桶中，桶为空，新生成结点放入桶中(此时，这个结点是放在数组中) if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) tab[i] = newNode(hash, key, value, null); // 桶中已经存在元素 else { Node<K,V> e; K k; // 比较桶中第一个元素(数组中的结点)的hash值相等，key相等 if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) // 将第一个元素赋值给e，用e来记录 e = p; // hash值不相等，即key不相等；为红黑树结点 else if (p instanceof TreeNode) // 放入树中 e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); // 为链表结点 else { // 在链表最末插入结点 for (int binCount = 0; ; ++binCount) { // 到达链表的尾部 if ((e = p.next) == null) { // 在尾部插入新结点 p.next = newNode(hash, key, value, null); // 结点数量达到阈值，转化为红黑树 if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st treeifyBin(tab, hash); // 跳出循环 break; } // 判断链表中结点的key值与插入的元素的key值是否相等 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) // 相等，跳出循环 break; // 用于遍历桶中的链表，与前面的e = p.next组合，可以遍历链表 p = e; } } // 表示在桶中找到key值、hash值与插入元素相等的结点 if (e != null) { // 记录e的value V oldValue = e.value; // onlyIfAbsent为false或者旧值为null if (!onlyIfAbsent || oldValue == null) //用新值替换旧值 e.value = value; // 访问后回调 afterNodeAccess(e); // 返回旧值 return oldValue; } } // 结构性修改 ++modCount; // 实际大小大于阈值则扩容 if (++size > threshold) resize(); // 插入后回调 afterNodeInsertion(evict); return null; }
我们再来对比一下 JDK1.7 put方法的代码
对于put方法的分析如下：
- ①如果定位到的数组位置没有元素 就直接插入。
- ②如果定位到的数组位置有元素，遍历以这个元素为头结点的链表，依次和插入的key比较，如果key相同就直接覆盖，不同就采用头插法插入元素。
public V put(K key, V value) if (table == EMPTY_TABLE) { inflateTable(threshold); } if (key == null) return putForNullKey(value); int hash = hash(key); int i = indexFor(hash, table.length); for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) { // 先遍历 Object k; if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) { V oldValue = e.value; e.value = value; e.recordAccess(this); return oldValue; } } modCount++; addEntry(hash, key, value, i); // 再插入 return null; }
14.4 get方法
当我们调用get(k)方法，HashMap会使用键对象的hashcode方法得到hashcode值，然后通过hashcode值找到bucket位置，找到bucket位置之后，会调用keys.equals()方法去找到链表中正确的节点，最终找到要找的值对象。
public V get(Object key) { Node<K,V> e; return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value; } final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) { Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k; if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 && (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) { // 数组元素相等 if (first.hash == hash && // always check first node ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return first; // 桶中不止一个节点 if ((e = first.next) != null) { // 在树中get if (first instanceof TreeNode) return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key); // 在链表中get do { if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return e; } while ((e = e.next) != null); } } return null; }
14.5 resize方法
进行扩容，会伴随着一次重新hash分配，并且会遍历hash表中所有的元素，是非常耗时的。在编写程序中，要尽量避免resize。
final Node<K,V>[] resize() { Node<K,V>[] oldTab = table; int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length; int oldThr = threshold; int newCap, newThr = 0; if (oldCap > 0) { // 超过最大值就不再扩充了，就只好随你碰撞去吧 if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) { threshold = Integer.MAX_VALUE; return oldTab; } // 没超过最大值，就扩充为原来的2倍 else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY && oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY) newThr = oldThr << 1; // double threshold } else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold newCap = oldThr; else { // signifies using defaults newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY; newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY); } // 计算新的resize上限 if (newThr == 0) { float ft = (float)newCap * loadFactor; newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ? (int)ft : Integer.MAX_VALUE); } threshold = newThr; @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"}) Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap]; table = newTab; if (oldTab != null) { // 把每个bucket都移动到新的buckets中 for (int j = 0; j < oldCap; ++j) { Node<K,V> e; if ((e = oldTab[j]) != null) { oldTab[j] = null; if (e.next == null) newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e; else if (e instanceof TreeNode) ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap); else { Node<K,V> loHead = null, loTail = null; Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null; Node<K,V> next; do { next = e.next; // 原索引 if ((e.hash & oldCap) == 0) { if (loTail == null) loHead = e; else loTail.next = e; loTail = e; } // 原索引+oldCap else { if (hiTail == null) hiHead = e; else hiTail.next = e; hiTail = e; } } while ((e = next) != null); // 原索引放到bucket里 if (loTail != null) { loTail.next = null; newTab[j] = loHead; } // 原索引+oldCap放到bucket里 if (hiTail != null) { hiTail.next = null; newTab[j + oldCap] = hiHead; } } } } } return newTab; }
14.6 HashMap常用方法测试
package map; import java.util.Collection; import java.util.HashMap; import java.util.Set; public class HashMapDemo { public static void main(String[] args) { HashMap<String, String> map = new HashMap<String, String>(); // 键不能重复，值可以重复 map.put("san", "张三"); map.put("si", "李四"); map.put("wu", "王五"); map.put("wang", "老王"); map.put("wang", "老王2");// 老王被覆盖 map.put("lao", "老王"); System.out.println("-------直接输出hashmap:-------"); System.out.println(map); /** * 遍历HashMap */ // 1.获取Map中的所有键 System.out.println("-------foreach获取Map中所有的键:------"); Set<String> keys = map.keySet(); for (String key : keys) { System.out.print(key+" "); } System.out.println();//换行 // 2.获取Map中所有值 System.out.println("-------foreach获取Map中所有的值:------"); Collection<String> values = map.values(); for (String value : values) { System.out.print(value+" "); } System.out.println();//换行 // 3.得到key的值的同时得到key所对应的值 System.out.println("-------得到key的值的同时得到key所对应的值:-------"); Set<String> keys2 = map.keySet(); for (String key : keys2) { System.out.print(key + "：" + map.get(key)+" "); } /** * 另外一种不常用的遍历方式 */ // 当我调用put(key,value)方法的时候，首先会把key和value封装到 // Entry这个静态内部类对象中，把Entry对象再添加到数组中，所以我们想获取 // map中的所有键值对，我们只要获取数组中的所有Entry对象，接下来 // 调用Entry对象中的getKey()和getValue()方法就能获取键值对了 Set<java.util.Map.Entry<String, String>> entrys = map.entrySet(); for (java.util.Map.Entry<String, String> entry : entrys) { System.out.println(entry.getKey() + "--" + entry.getValue()); } /** * HashMap其他常用方法 */ System.out.println("after map.size()："+map.size()); System.out.println("after map.isEmpty()："+map.isEmpty()); System.out.println(map.remove("san")); System.out.println("after map.remove()："+map); System.out.println("after map.get(si)："+map.get("si")); System.out.println("after map.containsKey(si)："+map.containsKey("si")); System.out.println("after containsValue(李四)："+map.containsValue("李四")); System.out.println(map.replace("si", "李四2")); System.out.println("after map.replace(si, 李四2):"+map); } }
二. Arraylist的原理
源码分析参考文章：http://www.importnew.com/19867.html
问题参考文章：http://www.importnew.com/9928.html
总结：
ArrayList是基于数组实现的，是一个动态数组，其容量能自动增长（2倍），类似于C语言中的动态申请内存，动态增长内存。
ArrayList不是线程安全的，只能用在单线程环境下，多线程环境下可以考虑用Collections.synchronizedList(List l)函数返回一个线程安全的ArrayList类，也可以使用concurrent并发包下的CopyOnWriteArrayList类。
ArrayList实现了Serializable接口，因此它支持序列化，能够通过序列化传输，实现了RandomAccess接口，支持快速随机访问，实际上就是通过下标序号进行快速访问，实现了Cloneable接口，能被克隆。
1. ArrayList简介
ArrayList 的底层是数组队列，相当于动态数组。与 Java 中的数组相比，它的容量能动态增长。在添加大量元素前，应用程序可以使用ensureCapacity操作来增加 ArrayList 实例的容量。这可以减少递增式再分配的数量。
它继承于 AbstractList，实现了 List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable 这些接口。
在我们学数据结构的时候就知道了线性表的顺序存储，插入删除元素的时间复杂度为O（n）,求表长以及增加元素，取第 i 元素的时间复杂度为O（1）
ArrayList 继承了AbstractList，实现了List。它是一个数组队列，提供了相关的添加、删除、修改、遍历等功能。
ArrayList 实现了RandomAccess 接口， RandomAccess 是一个标志接口，表明实现这个这个接口的 List 集合是支持快速随机访问的。在 ArrayList 中，我们即可以通过元素的序号快速获取元素对象，这就是快速随机访问。
ArrayList 实现了Cloneable 接口，即覆盖了函数 clone()，能被克隆。
ArrayList 实现java.io.Serializable 接口，这意味着ArrayList支持序列化，能通过序列化去传输。
和 Vector 不同，ArrayList 中的操作不是线程安全的！所以，建议在单线程中才使用 ArrayList，而在多线程中可以选择 Vector 或者 CopyOnWriteArrayList。
2、ArrayList的大小是如何自动增加的？你能分享一下你的代码吗？
答案：当有人试图在arraylist中增加一个对象的时候，Java会去检查arraylist，以确保已存在的数组中有足够的容量来存储这个新的对象。如果没有足够容量的话，那么就会新建一个长度更长的数组，旧的数组就会使用Arrays.copyOf方法被复制到新的数组中去，现有的数组引用指向了新的数组
源码：
//ArrayList Add方法： public boolean add(E e){ //检查现有数组容量是否足够存储新元素 ensureCapacity(size+1); //Increment modCount!! elementData[size++] = e; return true; } //ensureCapacity方法：处理ArrayList的大小 public void ensureCapacity(int minCapacity) { modCount++; int oldCapacity = elementData.length; //容量不够了，需要进行扩容 if (minCapacity > oldCapacity) { Object oldData[] = elementData; //扩容倍数 int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1; if (newCapacity < minCapacity) newCapacity = minCapacity; // minCapacity is usually close to size, so this is a win: elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); } }
解释：请注意这样一个情况：新建了一个数组；旧数组的对象被复制到了新的数组中，并且现有的数组指向新的数组。
3、什么情况下你会使用ArrayList？什么时候你会选择LinkedList？
答案：访问元素比插入或者是删除元素更加频繁的时候，你应该使用ArrayList。当你在某个特别的索引中，插入或者是删除元素更加频繁，或者你压根就不需要访问元素的时候，你会选择LinkedList。
解释：这里的主要原因是，在ArrayList中访问元素的最糟糕的时间复杂度是”1″，而在LinkedList中可能就是”n”了。在ArrayList中增加或者删除某个元素，通常会调用System.arraycopy方法，这是一种极为消耗资源的操作，因此，在频繁的插入或者是删除元素的情况下，LinkedList的性能会更加好一点。
4、当传递ArrayList到某个方法中，或者某个方法返回ArrayList，什么时候要考虑安全隐患？如何修复安全违规这个问题呢？
答案：当array被当做参数传递到某个方法中，如果array在没有被复制的情况下直接被分配给了成员变量，那么就可能发生这种情况，即当原始的数组被调用的方法改变的时候，传递到这个方法中的数组也会改变。下面的这段代码展示的就是安全违规以及如何修复这个问题。
ArrayList被直接赋给成员变量——安全隐患：
修复这个安全隐患要在把数组传递到方法中使用前先进行判空，不为空时进行拷贝
5、如何复制某个ArrayList到另一个ArrayList中去？写出你的代码？
答案：下面就是把某个ArrayList复制到另一个ArrayList中去的几种技术：
- 使用clone()方法，比如ArrayList newArray = oldArray.clone();
- 使用ArrayList构造方法，比如：ArrayList myObject = new ArrayList(myTempObject);
- 使用Collection的copy方法。
注意1和2是浅拷贝(shallow copy)。
6、在索引中ArrayList的增加或者删除某个对象的运行过程，效率很低吗？解释一下为什么？
答案：在ArrayList中增加或者是删除元素，要调用System.arraycopy这种效率很低的操作，如果遇到了需要频繁插入或者是删除的时候，你可以选择其他的Java集合，比如LinkedList。
看一下下面的代码：
在ArrayList的某个索引i处添加元素：
删除ArrayList的某个索引i处的元素：
7. System.arraycopy()和Arrays.copyOf()方法
通过上面源码我们发现这两个实现数组复制的方法被广泛使用而且很多地方都特别巧妙。比如下面add(int index, E element)方法就很巧妙的用到了arraycopy()方法让数组自己复制自己实现让index开始之后的所有成员后移一个位置:
/** * 在此列表中的指定位置插入指定的元素。 *先调用 rangeCheckForAdd 对index进行界限检查；然后调用 ensureCapacityInternal 方法保证capacity足够大； *再将从index开始之后的所有成员后移一个位置；将element插入index位置；最后size加1。 */ public void add(int index, E element) { rangeCheckForAdd(index); ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! //arraycopy()方法实现数组自己复制自己 //elementData:源数组;index:源数组中的起始位置;elementData：目标数组；index + 1：目标数组中的起始位置； size - index：要复制的数组元素的数量； System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index); elementData[index] = element; size++; }
又如toArray()方法中用到了copyOf()方法
/** *以正确的顺序（从第一个到最后一个元素）返回一个包含此列表中所有元素的数组。 *返回的数组将是“安全的”，因为该列表不保留对它的引用。 （换句话说，这个方法必须分配一个新的数组）。 *因此，调用者可以自由地修改返回的数组。 此方法充当基于阵列和基于集合的API之间的桥梁。 */ public Object[] toArray() { //elementData：要复制的数组；size：要复制的长度 return Arrays.copyOf(elementData, size); }
两者联系与区别
联系： 看两者源代码可以发现copyOf()内部调用了System.arraycopy()方法
区别：
- arraycopy()需要目标数组，将原数组拷贝到你自己定义的数组里，而且可以选择拷贝的起点和长度以及放入新数组中的位置
- copyOf()是系统自动在内部新建一个数组，并返回该数组。
8. ArrayList 核心扩容技术
//下面是ArrayList的扩容机制 //ArrayList的扩容机制提高了性能，如果每次只扩充一个， //那么频繁的插入会导致频繁的拷贝，降低性能，而ArrayList的扩容机制避免了这种情况。 /** * 如有必要，增加此ArrayList实例的容量，以确保它至少能容纳元素的数量 * @param minCapacity 所需的最小容量 */ public void ensureCapacity(int minCapacity) { int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) // any size if not default element table ? 0 // larger than default for default empty table. It's already // supposed to be at default size. : DEFAULT_CAPACITY; if (minCapacity > minExpand) { ensureExplicitCapacity(minCapacity); } } //得到最小扩容量 private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { // 获取默认的容量和传入参数的较大值 minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); } ensureExplicitCapacity(minCapacity); } //判断是否需要扩容,上面两个方法都要调用 private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) { modCount++; // 如果说minCapacity也就是所需的最小容量大于保存ArrayList数据的数组的长度的话，就需要调用grow(minCapacity)方法扩容。 //这个minCapacity到底为多少呢？举个例子在添加元素(add)方法中这个minCapacity的大小就为现在数组的长度加1 if (minCapacity - elementData.length > 0) //调用grow方法进行扩容，调用此方法代表已经开始扩容了 grow(minCapacity); }
/** * ArrayList扩容的核心方法。 */ private void grow(int minCapacity) { //elementData为保存ArrayList数据的数组 ///elementData.length求数组长度elementData.size是求数组中的元素个数 // oldCapacity为旧容量，newCapacity为新容量 int oldCapacity = elementData.length; //将oldCapacity 右移一位，其效果相当于oldCapacity /2， //我们知道位运算的速度远远快于整除运算，整句运算式的结果就是将新容量更新为旧容量的1.5倍， int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); //然后检查新容量是否大于最小需要容量，若还是小于最小需要容量，那么就把最小需要容量当作数组的新容量， if (newCapacity - minCapacity < 0) newCapacity = minCapacity; //再检查新容量是否超出了ArrayList所定义的最大容量， //若超出了，则调用hugeCapacity()来比较minCapacity和 MAX_ARRAY_SIZE， //如果minCapacity大于MAX_ARRAY_SIZE，则新容量则为Interger.MAX_VALUE，否则，新容量大小则为 MAX_ARRAY_SIZE。 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); }
扩容机制代码已经做了详细的解释。另外值得注意的是大家很容易忽略的一个运算符：移位运算符
简介：移位运算符就是在二进制的基础上对数字进行平移。按照平移的方向和填充数字的规则分为三种:<<(左移)、>>(带符号右移)和>>>(无符号右移)。 作用：对于大数据的2进制运算,位移运算符比那些普通运算符的运算要快很多,因为程序仅仅移动一下而已,不去计算,这样提高了效率,节省了资源 比如这里：int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); 右移一位相当于除2，右移n位相当于除以 2 的 n 次方。这里 oldCapacity 明显右移了1位所以相当于oldCapacity /2。
另外需要注意的是：
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java 中的length 属性是针对数组说的,比如说你声明了一个数组,想知道这个数组的长度则用到了 length 这个属性.
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java 中的length()方法是针对字符串String说的,如果想看这个字符串的长度则用到 length()这个方法.
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.java 中的size()方法是针对泛型集合说的,如果想看这个泛型有多少个元素,就调用此方法来查看!
9. ArrayList经典Demo
package list; import java.util.ArrayList; import java.util.Iterator; public class ArrayListDemo { public static void main(String[] srgs){ ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>(); System.out.printf("Before add:arrayList.size() = %d\n",arrayList.size()); arrayList.add(1); arrayList.add(3); arrayList.add(5); arrayList.add(7); arrayList.add(9); System.out.printf("After add:arrayList.size() = %d\n",arrayList.size()); System.out.println("Printing elements of arrayList"); // 三种遍历方式打印元素 // 第一种：通过迭代器遍历 System.out.print("通过迭代器遍历:"); Iterator<Integer> it = arrayList.iterator(); while(it.hasNext()){ System.out.print(it.next() + " "); } System.out.println(); // 第二种：通过索引值遍历 System.out.print("通过索引值遍历:"); for(int i = 0; i < arrayList.size(); i++){ System.out.print(arrayList.get(i) + " "); } System.out.println(); // 第三种：for循环遍历 System.out.print("for循环遍历:"); for(Integer number : arrayList){ System.out.print(number + " "); } // toArray用法 // 第一种方式(最常用) Integer[] integer = arrayList.toArray(new Integer[0]); // 第二种方式(容易理解) Integer[] integer1 = new Integer[arrayList.size()]; arrayList.toArray(integer1); // 抛出异常，java不支持向下转型 //Integer[] integer2 = new Integer[arrayList.size()]; //integer2 = arrayList.toArray(); System.out.println(); // 在指定位置添加元素 arrayList.add(2,2); // 删除指定位置上的元素 arrayList.remove(2); // 删除指定元素 arrayList.remove((Object)3); // 判断arrayList是否包含5 System.out.println("ArrayList contains 5 is: " + arrayList.contains(5)); // 清空ArrayList arrayList.clear(); // 判断ArrayList是否为空 System.out.println("ArrayList is empty: " + arrayList.isEmpty()); } }
二、流行框架源码分析
