Java——一文便可搞懂List（ArrayList和LinkedList）集合

ArrayList的Jdk1.7：

• 在JDK1.7中，使用ArrayList list = new ArrayList()创建List集合时，底层直接创建了长度是10的 Object[] 数组 elementData；在接下来调用add()方法向集合中添加元素时，如果本次的添加导致底层elementData数组容量不足，则进行扩容。默认情况下，扩容为原来的1.5倍(>>1)，同时将原来数组中的所有数据复制到新的数组中。

jdk1.8：

• 在JDK1.8中，使用ArrayList list = new ArrayList()创建List集合时，底层的Object[] elementData初始化为{}，并没有直接创建长度为10的数组；而在第一次调用add()方法时，底层才创建了长度为10的数组，并将本次要添加的元素添加进去。

优点：

• 延迟了数组的创建，节省内存空间。

1、面试题

1.1、扩容类问题

1.1.1、ArrayList无参数构造构造器构造，现有一个add一个值，此时的数组大小是多少，下一次扩容前最大可用大小是多少？

答： 此处数组的大小是 1，下一次扩容前最大可用大小是 10，因为 ArrayList 第一次扩容时，是有默认值的，默认值是 10，在第一次add一个值进去时，数组的可用大小被扩容到 10 了。

1.1.2、如果我往List里新增值，增加到第11个时，数组大小是多少？

答：这里的考查扩容的公式，当增加到 11 的时候，此时我们希望数组的大小为 11，但实际上数组的最大容量只有 10，不够了就需要扩容，扩容的公式是：oldCapacity + (oldCapacity>> 1)，oldCapacity 表示数组现有大小，目前场景计算公式是：10 + 10 / 2 = 15，然后我们发现 15 已经够用了，所以数组的大小会被扩容到 15。

1.1.3、数组初始化，被加入一个值后，如果我使用addAll方法，一下子加入 15 个值，那么最终数组的大小是多少？

答：第一题中我们已经计算出来数组在加入一个值后，实际大小是 1，最大可用大小是 10 ，现在需要一下子加入 15 个值，那我们期望数组的大小值就是 16，此时数组最大可用大小只有 10，明显不够，需要扩容，扩容后的大小是：10 + 10 / 2 = 15，这时候发现扩容后的大小仍然不到我们期望的值 16，这时候源码中有一种策略如下：

// newCapacity 本次扩容的大小，minCapacity 我们期望的数组最小大小
// 如果扩容后的值 < 我们的期望值，我们的期望值就等于本次扩容的大小
if (newCapacity - minCapacity < 0) {
    newCapacity = minCapacity;
}
1
2
3
4
5

1.1.4、现在我有一个很大的数组需要拷贝，原数组大小是 5k，请问如何快速拷贝？

答：因为原数组较大，如果新建数组的时候，不指定数组大小的话，就会频繁扩容，频繁扩容就会有大量拷贝的工作，造成拷贝的性能低，所以回答说新建数组时，指定**新数组的大小为 5k **即可。

1.1.4、为什么说扩容会消耗性能？

答：扩容底层使用的是 System.arraycopy 方法，会把原数组的数据全部拷贝到新数组上，所以性能消耗比较严重。

1.1.5、源码扩容过程有什么值得借鉴的地方？

答：

• 是扩容的思想值得学习，通过自动扩容的方式，让使用者不用关心底层数据结构的变化，封装得很好，1.5 倍的扩容速度，可以让扩容速度在前期缓慢上升，在后期增速较快，大部分工作中要求数组的值并不是很大，所以前期增长缓慢有利于节省资源，在后期增速较快时，也可快速扩容。
• 扩容过程中，有数组大小溢出的意识，比如要求扩容后的数组大小，不能小于 0，不能大于 Integer 的最大值。

2、删除类问题

2.1、有一个 ArrayList，数据是 2、3、3、3、4，中间有三个 3，现在我通过for (int i=0;i<list.size ();i++)的方式，想把值是 3 的元素删除，请问可以删除干净么？最终删除的结果是什么，为什么？

List<String> list = new ArrayList<String>() {{
  add("2");
  add("3");
  add("3");
  add("3");
  add("4");
}};
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
  if (list.get(i).equals("3")) {
    list.remove(i);
  }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

答：不能删除干净，最终删除的结果是 2、3、4，有一个 3 删除不掉，原因我们看下图

2.2、上面的 ArrayList 数组，我们通过增强 for 循环进行删除，可以么？

答： 不可以。因为增强 for 循环过程是调用迭代器的 next () 方法，当你调用 List的remove () 方法进行删除时，modCount 的值会 +1，而这时候迭代器中的 expectedModCount 的值却没有变，导致在迭代器下次执行 next () 方法时，expectedModCount != modCount 就会报 ConcurrentModificationException 的错误。

2.3、上面的数组，如果删除时使用 Iterator.remove () 方法可以删除么，为什么？

答： 可以的，因为Iterator.remove ()方法在执行的过程中，会把最新的 modCount 赋值给 expectedModCount，这样在下次循环过程中，modCount 和expectedModCount两者就会相等。

2.4、以上三个问题对于 LinkedList 也是同样的结果么？

答：是的，虽然 LinkedList底层结构是双向链表，但对于上述三个问题，结果和 ArrayList 是一致的。

3、对比类问题

3.1、ArrayList 和 LinkedList 有何不同？

答： 可以先从底层数据结构开始说起，然后以某一个方法为突破口深入，比如：最大的不同是两者底层的数据结构不同，ArrayList底层是数组，LinkedList 底层是双向链表，两者的数据结构不同也导致了操作的 API 实现有所差异，拿新增实现来说，ArrayList 会先计算并决定是否扩容，然后把新增的数据直接赋值到数组上，而 LinkedList 仅仅只需要改变插入节点和其前后节点的指向位置关系即可。

3.2、ArrayList 和 LinkedList 应用场景有何不同？

答： ArrayList 更适合于快速的查找匹配，不适合频繁新增删除，像工作中经常会对元素进行匹配查询的场景比较合适，LinkedList 更适合于经常新增和删除，对查询反而很少的场景。

3.3、ArrayList 和LinkedList 两者有没有最大容量?

答： ArrayList 有最大容量，为 Integer 的最大值，大于这个值JVM是不会为数组分配内存空间的，LinkedList 底层是双向链表，理论上可以无限大。但源码中，LinkedList 实际大小用的是 int 类型，这也说明了 LinkedList 不能超过 Integer 的最大值，不然会溢出。

3.4、ArrayList 和 LinkedList 是如何对 null 值进行处理的？

答： ArrayList 和 LinkList 都允许对null进行新增和删除操作。ArrayList 允许 null值新增，也允许 null值删除。删除 null值时，是从头开始，找到第一值是 null的元素删除；LinkedList 新增删除时对 null值没有特殊校验，是允许新增和删除的。

3.5、ArrayList 和 LinedList 是线程安全的么，为什么？

答：当两者作为非共享变量时，比如说仅仅是在方法里面的局部变量时，是没有线程安全问题的，只有当两者是共享变量时，才会有线程安全问题。主要的问题点在于多线程环境下，所有线程任何时刻都可对数组和链表进行操作，这会导致值被覆盖，甚至混乱的情况。会频繁报 ConcurrentModificationException 的错误。

3.6、如何解决线程安全问题？

答：Java 源码中推荐使用 Collections加synchronizedList 进行解决，Collections加synchronizedList 的返回值是 List 的每个方法都加了 synchronized 锁，保证了在同一时刻，数组和链表只会被一个线程所修改，或者采用 CopyOnWriteArrayList 并发 List 来解决，这个类我们后面会说。

4、其他类型的题目

4.1、描述一下双向链表？

答：双向链表中双向的意思是说前后节点之间互相有引用，链表的节点我们称为 Node。Node 有三个属性组成：其前一个节点，本身节点的值，其下一个节点，假设 A、B 节点相邻，A节点的下一个节点就是 B，B节点的上一个节点就是 A，两者互相引用，在链表的头部节点，我们称为头节点。头节点的前一个节点是 null，尾部称为尾节点，尾节点的后一个节点是null，如果链表数据为空的话，头尾节点是同一个节点，本身是 null，指向前后节点的值也是 null。

4.2、描述下双向链表的新增和删除？

答：

• 新增：我们可以选择从链表头新增，也可以选择从链表尾新增，如果是从链表尾新增的话，直接把当前节点追加到尾节点之后，本身节点自动变为尾节点。
• 删除：把删除节点的后一个节点的 prev 指向其前一个节点，把删除节点的前一个节点的 next 指向其后一个节点，最后把删除的节点置为 null 即可。