面试：在面试中关于List（ArrayList、LinkedList）集合会怎么问呢？你该如何回答呢？
2020-06-26 08:33
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前言
在一开始基础面的时候，很多面试官可能会问List集合一些基础知识，比如：
ArrayList
默认大小是多少，是如何扩容的？ArrayList
和LinkedList
的底层数据结构是什么？ArrayList
和LinkedList
的区别？分别用在什么场景？- 为什么说
ArrayList
查询快而增删慢？ Arrays.asList
方法后的List可以扩容吗？modCount
在非线程安全集合中的作用？ArrayList
和LinkedList
的区别、优缺点以及应用场景
ArrayList(1.8)
ArrayList是由动态再分配的
Object[]数组作为底层结构，可设置
null值，是非线程安全的。
ArrayList成员属性
//默认的空的数组，在构造方法初始化一个空数组的时候使用
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
//使用默认size大小的空数组实例
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
//ArrayList底层存储数据就是通过数组的形式，ArrayList长度就是数组的长度。
transient Object[] elementData;
//arrayList的大小
private int size;
那么
ArrayList底层数据结构是什么呢？
很明显，使用动态再分配的
Object[]数组作为
ArrayList底层数据结构了，既然是使用数组实现的，那么数组特点就能说明为什么ArrayList查询快而增删慢？
因为数组是根据下标查询不需要比较，查询方式为：首地址＋（元素长度＊下标），基于这个位置读取相应的字节数就可以了，所以非常快；但是增删会带来元素的移动，增加数据会向后移动，删除数据会向前移动，导致其效率比较低。
ArrayList的构造方法
- 带有初始化容量的构造方法
- 无参构造方法
- 参数为
Collection
类型的构造器
//带有初始化容量的构造方法
public ArrayList(int initialCapacity) {
//参数大于0，elementData初始化为initialCapacity大小的数组
if (initialCapacity > 0) {
this.elementData = new Object[initialCapacity];
//参数小于0，elementData初始化为空数组
} else if (initialCapacity == 0) {
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
//参数小于0，抛出异常
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}
//无参构造方法
public ArrayList() {
//在1.7以后的版本，先构造方法中将elementData初始化为空数组DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
//当调用add方法添加第一个元素的时候，会进行扩容,扩容至大小为DEFAULT_CAPACITY=10
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
那么
ArrayList默认大小是多少？
从无参构造方法中可以看出，一开始默认为一个空的实例
elementData为上面的
DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA，当添加第一个元素的时候会进行扩容，扩容大小就是上面的默认容量
DEFAULT_CAPACITY为10
ArrayList的Add方法
boolean add(E)
：默认直接在末尾添加元素void add(int，E)
：在特定位置添加元素，也就是插入元素boolean addAll(Collection<? extends E> c)
：添加集合boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c)
：在指定位置后添加集合
boolean add(E)
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
通过
ensureCapacityInternal方法为确定容量大小方法。在添加元素之前需要确定数组是否能容纳下，
size是数组中元素个数，添加一个元素size+1。然后再数组末尾添加元素。
其中，
ensureCapacityInternal方法包含了
ArrayList扩容机制
grow方法，当前容量无法容纳下数据时1.5倍扩容，进行：
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
//判断当前的数组是否为默认设置的空数据，是否取出最小容量
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
//包括扩容机制grow方法
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
//记录着集合的修改次数，也就每次add或者remove它的值都会加1
modCount++;
//当前容量容纳不下数据时（下标超过时），ArrayList扩容机制：扩容原来的1.5倍
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;
//ArrayList扩容机制：扩容原来的1.5倍
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
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);
}
ArrayList是如何扩容的？
根据当前的容量容纳不下新增数据时，
ArrayList会调用
grow进行扩容：
//相当于int newCapacity = oldCapacity + oldCapacity/2 int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
扩容原来的1.5倍。
void add(int，E)
public void add(int index, E element) {
//检查index也就是插入的位置是否合理,是否存在数组越界
rangeCheckForAdd(index);
//机制和boolean add(E)方法一样
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}
ArrayList的删除方法
- **remove(int)：**通过删除指定位置上的元素，
- remove(Object)：根据元素进行删除，
- **clear()：**将
elementData
中每个元素都赋值为null，等待垃圾回收将这个给回收掉， - **removeAll(collection c)：**批量删除。
remove(int)
public E remove(int index) {
//检查下标是否超出数组长度，造成数组越界
rangeCheck(index);
modCount++;
E oldValue = elementData(index);
//算出数组需要移动的元素数量
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
//数组数据迁移，这样会导致删除数据时，效率会慢
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
//将--size上的位置赋值为null，让gc(垃圾回收机制)更快的回收它。
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
//返回删除的元素
return oldValue;
}
为什么说
ArrayList删除元素效率低？
因为删除数据需要将数据后面的元素数据迁移到新增位置的后面，这样导致性能下降很多，效率低。
remove(Object)
public boolean remove(Object o) {
//如果需要删除数据为null时，会让数据重新排序，将null数据迁移到数组尾端
if (o == null) {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (elementData[index] == null) {
//删除数据，并迁移数据
fastRemove(index);
return true;
}
} else {
//循环删除数组中object对象的值，也需要数据迁移
for (int index = 0; index < size; index++)
if (o.equals(elementData[index])) {
fastRemove(index);
return true;
}
}
return false;
}
可以看出，arrayList
是可以存放null
值。
LinkedList(1.8)
LinkedList是一个继承于
AbstractSequentialList的双向链表。它也可以被当做堆栈、队列或双端队列进行使用，而且
LinkedList也为非线程安全， jdk1.6使用的是一个带有
header节头结点的双向循环链表， 头结点不存储实际数据 ，在1.6之后，就变更使用两个节点
first、
last指向首尾节点。
LinkedList的主要属性
//链表节点的个数
transient int size = 0;
//链表首节点
transient Node<E> first;
//链表尾节点
transient Node<E> last;
//Node节点内部类定义
private static class Node<E> {
E item;
Node<E> next;
Node<E> prev;
Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}
一旦变量被
transient修饰，变量将不再是对象持久化的一部分，该变量内容在序列化后无法获得访问
LinkedList构造方法
无参构造函数， 默认构造方法声明也不做，
first和
last节点会被默认初始化为null。
*
/** Constructs an empty list. \*/*
public LinkedList() {}
LinkedList插入
由于
LinkedList由双向链表作为底层数据结构，因此其插入无非由三大种
-
尾插：
add(E e)
、addLast(E e)
、addAll(Collection<? extends E> c)
-
头插：
addFirst(E e)
-
中插：
add(int index, E element)
可以从源码看出，在链表首尾添加元素很高效，在中间添加元素比较低效，首先要找到插入位置的节点，在修改前后节点的指针。
尾插-add(E e)和addLast(E e)
//常用的添加元素方法
public boolean add(E e) {
//使用尾插法
linkLast(e);
return true;
}
//在链表尾部添加元素
public void addLast(E e) {
linkLast(e);
}
//在链表尾端添加元素
void linkLast(E e) {
//尾节点
final Node<E> l = last;
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
last = newNode;
//判断是否是第一个添加的元素
//如果是将新节点赋值给last
//如果不是把原首节点的prev设置为新节点
if (l == null)
first = newNode;
else
l.next = newNode;
size++;
//将集合修改次数加1
modCount++;
}
头插-addFirst(E e)
public void addFirst(E e) {
//在链表头插入指定元素
linkFirst(e);
}
private void linkFirst(E e) {
//获取头部元素,首节点
final Node<E> f = first;
final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
first = newNode;
//链表头部为空，（也就是链表为空）
//插入元素为首节点元素
// 否则就更新原来的头元素的prev为新元素的地址引用
if (f == null)
last = newNode;
else
f.prev = newNode;
//
size++;
modCount++;
}
中插-add(int index, E element)
当
index不为首尾的的时候，实际就在链表中间插入元素。
// 作用：在指定位置添加元素
public void add(int index, E element) {
// 检查插入位置的索引的合理性
checkPositionIndex(index);
if (index == size)
// 插入的情况是尾部插入的情况：调用linkLast（）。
linkLast(element);
else
// 插入的情况是非尾部插入的情况（中间插入）：linkBefore
linkBefore(element, node(index));
}
private void checkPositionIndex(int index) {
if (!isPositionIndex(index))
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
private boolean isPositionIndex(int index) {
return index >= 0 && index <= size;
}
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
// assert succ != null;
final Node<E> pred = succ.prev; // 得到插入位置元素的前继节点
final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ); // 创建新节点，其前继节点是succ的前节点，后接点是succ节点
succ.prev = newNode; // 更新插入位置（succ）的前置节点为新节点
if (pred == null)
// 如果pred为null，说明该节点插入在头节点之前，要重置first头节点
first = newNode;
else
// 如果pred不为null，那么直接将pred的后继指针指向newNode即可
pred.next = newNode;
size++;
modCount++;
}
LinkedList 删除
删除和插入一样，其实本质也是只有三大种方式，
- 删除首节点:
removeFirst()
- 删除尾节点:
removeLast()
- 删除中间节点 ：
remove(Object o)
、remove(int index)
在首尾节点删除很高效，删除中间元素比较低效要先找到节点位置，再修改前后指针指引。
删除中间节点-remove(int index)和remove(Object o)
remove(int index)和
remove(Object o)都是使用删除指定节点的
unlink删除元素
public boolean remove(Object o) {
//因为LinkedList允许存在null，所以需要进行null判断
if (o == null) {
//从首节点开始遍历
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (x.item == null) {
//调用unlink方法删除指定节点
unlink(x);
return true;
}
}
} else {
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (o.equals(x.item)) {
unlink(x);
return true;
}
}
}
return false;
}
//删除指定位置的节点，其实和上面的方法差不多
//通过node方法获得指定位置的节点，再通过unlink方法删除
public E remove(int index) {
checkElementIndex(index);
return unlink(node(index));
}
//删除指定节点
E unlink(Node<E> x) {
//获取x节点的元素，以及它上一个节点，和下一个节点
final E element = x.item;
final Node<E> next = x.next;
final Node<E> prev = x.prev;
//如果x的上一个节点为null，说明是首节点，将x的下一个节点设置为新的首节点
//否则将x的上一节点设置为next，将x的上一节点设为null
if (prev == null) {
first = next;
} else {
prev.next = next;
x.prev = null;
}
//如果x的下一节点为null，说明是尾节点，将x的上一节点设置新的尾节点
//否则将x的上一节点设置x的上一节点，将x的下一节点设为null
if (next == null) {
last = prev;
} else {
next.prev = prev;
x.next = null;
}
//将x节点的元素值设为null，等待垃圾收集器收集
x.item = null;
//链表节点个数减1
size--;
//将集合修改次数加1
modCount++;
//返回删除节点的元素值
return element;
}
删除首节点-removeFirst()
//删除首节点
public E remove() {
return removeFirst();
}
//删除首节点
public E removeFirst() {
final Node<E> f = first;
//如果首节点为null，说明是空链表，抛出异常
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkFirst(f);
}
//删除首节点
private E unlinkFirst(Node<E> f) {
//首节点的元素值
final E element = f.item;
//首节点的下一节点
final Node<E> next = f.next;
//将首节点的元素值和下一节点设为null，等待垃圾收集器收集
f.item = null;
f.next = null; // help GC
//将next设置为新的首节点
first = next;
//如果next为null，说明说明链表中只有一个节点，把last也设为null
//否则把next的上一节点设为null
if (next == null)
last = null;
else
next.prev = null;
//链表节点个数减1
size--;
//将集合修改次数加1
modCount++;
//返回删除节点的元素值
return element;
}
删除尾节点-removeLast()
//删除尾节点
public E removeLast() {
final Node<E> l = last;
//如果首节点为null，说明是空链表，抛出异常
if (l == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkLast(l);
}
private E unlinkLast(Node<E> l) {
//尾节点的元素值
final E element = l.item;
//尾节点的上一节点
final Node<E> prev = l.prev;
//将尾节点的元素值和上一节点设为null，等待垃圾收集器收集
l.item = null;
l.prev = null; // help GC
//将prev设置新的尾节点
last = prev;
//如果prev为null，说明说明链表中只有一个节点，把first也设为null
//否则把prev的下一节点设为null
if (prev == null)
first = null;
else
prev.next = null;
//链表节点个数减1
size--;
//将集合修改次数加1
modCount++;
//返回删除节点的元素值
return element;
}
其他方法也是类似的，比如查询方法
LinkedList提供了
get、
getFirst、
getLast等方法获取节点元素值。
modCount属性的作用？
modCount属性代表为结构性修改（ 改变list的size大小、以其他方式改变他导致正在进行迭代时出现错误的结果）的次数，该属性被
Iterator以及
ListIterator的实现类所使用，且很多非线程安全使用
modCount属性。
初始化迭代器时会给这个modCount赋值，如果在遍历的过程中，一旦发现这个对象的modCount和迭代器存储的modCount不一样，
Iterator或者
ListIterator将抛出
ConcurrentModificationException异常，
这是jdk在面对迭代遍历的时候为了避免不确定性而采取的 fail-fast（快速失败）原则：
在线程不安全的集合中，如果使用迭代器的过程中，发现集合被修改，会抛出
ConcurrentModificationExceptions错误，这就是fail-fast机制。对集合进行结构性修改时，
modCount都会增加，在初始化迭代器时，
modCount的值会赋给
expectedModCount，在迭代的过程中，只要
modCount改变了，
int expectedModCount = modCount等式就不成立了，迭代器检测到这一点，就会抛出错误：
urrentModificationExceptions。
总结
ArrayList和LinkedList的区别、优缺点以及应用场景
区别：
ArrayList
是实现了基于动态数组的数据结构，LinkedList
是基于链表结构。- 对于随机访问的
get
和set
方法查询元素，ArrayList
要优于LinkedList
，因为LinkedList
循环链表寻找元素。 - 对于新增和删除操作
add
和remove
，LinkedList
比较高效，因为ArrayList
要移动数据。
优缺点：
- 对
ArrayList
和LinkedList
而言，在末尾增加一个元素所花的开销都是固定的。对ArrayList
而言，主要是在内部数组中增加一项，指向所添加的元素，偶尔可能会导致对数组重新进行分配；而对LinkedList
而言，这个开销是 统一的，分配一个内部Entry
对象。 - 在
ArrayList
集合中添加或者删除一个元素时，当前的列表移动元素后面所有的元素都会被移动。而LinkedList
集合中添加或者删除一个元素的开销是固定的。 LinkedList
集合不支持 高效的随机随机访问（RandomAccess
），因为可能产生二次项的行为。ArrayList
的空间浪费主要体现在在list列表的结尾预留一定的容量空间，而LinkedList
的空间花费则体现在它的每一个元素都需要消耗相当的空间
应用场景:
ArrayList使用在查询比较多，但是插入和删除比较少的情况，而
LinkedList用在查询比较少而插入删除比较多的情况
各位看官还可以吗？喜欢的话，动动手指点个💗，点个关注呗！！谢谢支持！
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