阿里面试常见题：ArrayListLinkedList和CopyOnWriteArrayList

Posted 2020-12-09 java-xiatian

ArrayList方面

ArrayList简介：

ArrayList是一种以数组实现的List，它实现了List, RandomAccess, Cloneable, Serializable接口。

1. 实现List接口表示它可以支持删除、添加和查找等操作。
2. 实现RandomAccess接口表示它可以支持随机访问（强调一点，并不是因为实现RandomAccess接口，ArrayList才支持随机访问。RandomAccess只是一个标记接口，接口RandomAccess中内容是空的，只是作为标记使用。）。
3. 实现了Cloneable接口表示ArrayList可以被克隆。
4. 实现了Serializable接口表示ArrayList可以被序列化。

ArrayList中的属性

1. DEFAULT_CAPACITY =10;表示默认的容量为10。
2. Object[] EMPTY_ELEMENTDATA ={};表示一个空数组，如果你传入的容量为0时使用，例如：ArrayList list=new ArrayList（0）。
3. Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA={}；表示一个空的数组，在你不传入容量的时候使用，例如：ArrayList list=new ArrayList（）时使用。在添加第一个元素的时候会初始化默认的大小10.
4. Object[] elementData；用于存储元素的数组。
5. int size；表示元素的个数。
6. modCount；对于add操作，remove操作，modCount会进行自增操作。表示ArrayList支持fail-fast。

ArrayList的构造方法（三种）

ArrayList list =new ArrayList(int initialCapacity)

传入初始容量，如果小于0就抛出异常；如果大于0，则使用传入的容量；如果等于0就使用EMPTY_ELEMENTDATA空数组。

ArrayList list=new ArrayList（）

不传入初始容量，默认使用
DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA空数组，在添加第一个元素的时候扩容为默认的大小DEFAULT_CAPACITY也就是10。

ArrayList list=new ArrayList（Collection c）

会将Collection集合转化为数组拷贝到element数组中（elementData=c.toArray()）。

ArrayList的各种操作

add（E e）

将元素添加到末尾，平均时间复杂度为O(1);

1. 检查数组是否需要扩容
2. 首先判断elementData是否等于DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA即是否为空数组，如果是就初始化为默认大小DEFAULT_CAPACITY（10）；
3. 新容量为旧容量的1.5倍；如果发现还是比需要的容量小，则以需要的容量为标准；如果需要的容量已经超过最大的容量（MAX_ARRAY_SIZE），则使用最大的容量；最后以新容量拷贝出一个新的数组。
4. 添加元素。

add（int index，E element）

将元素添加到指定位置，时间复杂度为O(n),因为需要将index后的元素整体向后移动一位。

1. 检查index是否越界。
2. 检查是否需要进行扩容。
3. 将index后的元素整体向后移动一位。
4. 将index位置的元素赋值为element。
5. size++，表示元素个数增加一。

get（int index）

1. 返回指定位置的元素，时间复杂度为o（1）。
2. 判断index是否越界。
3. 返回index位置的元素。

remove（int index）

删除指定位置的元素，时间复杂度为o（n），因为需要将index后的元素整体向前移动一位。

1. 检查是否越界。
2. modCount++。
3. 调用System.arrayCopy()方法对于数组本身进行复制，将index后的元素整体向前移动一位。
4. 将最后一个元素设置为null，帮助GC。
5. 返回index位置的旧值。

remove（Object o）

删除指定元素的值，时间复杂为o（n）。

1. 遍历数组，如果删除的元素为null，使用==进行null的比较；如果删除的元素不为null，使用equals（）进行比较。
2. modCount++；
3. 调用System.arrayCopy()方法将删除元素位置后的所有元素整体向前移动一位。
4. 将最后一个元素设置为null，方便进行GC。
5. 返回true或false表示删除成功或者失败。

ArrayList总结

1. ArrayList使用数组存储元素，当数组长度不够的时候，会进行扩容，每次扩容为1.5倍。
2. ArrayList添加元素到尾部，平均时间复杂度为O（1）。
3. ArrayList添加元素到中间，平均时间复杂度为O（n）。
4. ArrayList删除尾部的元素，平均时间复杂度为O（1）。
5. ArrayList从中间删除元素比价慢，平均时间复杂度为O（n）。
6. ArrayList支持随机访问，时间复杂度为O（1）。

 

LinkedList相关方面

LinkedList简介：

相较于ArrayList的数组实现，LinkedList是基于双向链表实现的。它实现了List, Deque,Queue， Cloneable, Serializable接口。

1. 实现List接口表示它可以支持删除、添加和查找等操作。
2. 实现Deque和Queue接口表示它可以作为双端队列进行使用，同时也可以作为栈进行使用。
3. 实现了Cloneable接口表示ArrayList可以被克隆。
4. 实现了Serializable接口表示ArrayList可以被序列化。

LinkedList的内部属性

int size表示元素的个数，初始为0。

1. Node< E> first。表示链表的第一个节点。
2. Node< E> last。表示链表中的最后一个节点。
3. Node< E> 是一个双向链表的结构。Node< E>内部包括Node< E> next,Node< E> prev和E item。
4. modcount表示支持fail-fast。

LinkedList的主要方法

addFirst（E e）

在队首添加元素，时间复杂度为O(1)。

1. 创建一个新的节点newNode。
2. 将newNode赋值给first即first=newNode。
3. 判断newNode是不是第一个新添加的节点，如果是的话，将newNode赋值给last即last=newNode。
4. size++。
5. modcount++。

addLast（E e）

在队尾添加元素和addFirst（E e）同理，时间复杂度为O（1）。

add（int index，E element）

在指定位置添加元素，时间复杂度为O（n）。因为需要遍历，查找到插入位置的后继节点。

1. 判断是否越界。
2. 如果index小于size/2,从前往后进行遍历找到插入位置的后继节点；如果index大于size/2,从后往前遍历找到插入位置的后继节点。
3. 按照双线链表在中间插入元素的方法进行插入。

removeFirst（）

删除队首的元素，时间复杂度为O（1）。

1. 如果链表中没有元素，抛出异常。
2. 查找first的后继节点假设是first_next，将first设置为null，方便进行GC。
3. 将first设置为first_next即first=first_next;判断first_next是否为null，如果first_next等于null，则将last设置为null否则将first_next.prev设置为null。
4. size–。
5. modcount++。

removeLast（）

删除队尾的元素，时间复杂度为O（1）。原理同上。

remove(int index)

删除指定位置的元素，时间复杂度为O（n），原理同add(int index,E element)。

LinkedList总结

1. LinkedList是基于双向链表实现，可以作为双端队列，栈来进行使用。
2. LinkedList在队首队尾删除添加比较快，时间复杂度为O(1)。
3. LinkedList在链表中间添加删除比较慢，时间复杂度为O（n）。
4. 另外要注意的是，LinkedList是不支持随机访问的，所以访问中间元素的效率比较低。

 

CopyOnWriteArrayList相关

CopyOnWriteArrayList简介：

CopyOnWriteArrayList是ArrayList的线程安全版本，也是通过数组实现的。相较于ArrayList，CopyOnWriteArrayList使用ReentrantLock重入锁加锁，保证线程安全。每次对数组的修改都完全拷贝一份新的数组来修改，修改完了再替换掉老数组，这样保证了只阻塞写操作，不阻塞读操作，实现读写分离。

CopyOnWriteArrayList实现了List, RandomAccess, Cloneable, Serializable接口。

1. 实现List接口表示它可以支持删除、添加和查找等操作。
2. 实现RandomAccess接口表示它可以支持随机访问（强调一点，并不是因为实现了RandomAccess接口，ArrayList才支持随机访问。RandomAccess只是一个标记接口，接口RandomAccess中内容是空的，只是作为标记使用。）。
3. 实现了Cloneable接口表示ArrayList可以被克隆。
4. 实现了Serializable接口表示ArrayList可以被序列化。

CopyOnWriteArrayList主要的内部属性：

1. ReentrantLock lock=new ReentrantLock();用于修改时进行加锁。
2. Object[]array用于纯属元素。

CopyOnWriteArrayList主要方法：

add（E e）

添加一个元素到末尾。

1. 使用ReentrantLock进行加锁。
2. 使用getArray（）方法获取元素的数组。
3. 新建一个数组大小是原数组的长度加一，并使用Arrays.copyof()方法将原数组拷贝到新数组中。
4. 将添加的元素放到新数组的末尾。
5. 将新数组覆盖原数组。
6. 解锁。

add（int index，E element）

添加元素到制定的位置。

1. 加锁。
2. 判断是否越界，如果越界抛出异常。
3. 如果索引等于数组长度，那就拷贝一个len+1的数组即newElements =Arrays.copyOf(elements,len+1)。
4. 如果索引不等于数组长度，那就新建一个len+1的数组，将索引之前的部分拷贝到新数组索引之前，索引之后拷贝到新数组索引之后的位置。
5. 把索引位置赋值为待添加的元素。
6. 把新数组赋值给当前对象的array属性，覆盖原数组。
7. 解锁。

get（int index）

获取指定位置的元素，时间复杂度为O（1）。

1. 通过getAway（）方法获取数组。
2. 返回指定位置的元素。

remove（int index）

删除指定位置的元素，时间复杂度O（n）。

1. 加锁。
2. 通过getAway（）方法获取旧数组。
3. 如果移除的是最后一位，那么直接拷贝一份n-1的新数组, 最后一位就自动删除。
4. 如果移除的不是最后一位，那么新建一个n-1的新数组。将前index的元素拷贝到新数组中，将index后面的元素往前挪一位拷贝到新数组中。
5. 将新数组赋值给当前对象的数组属性。
6. 解锁并返回旧值。

CopyOnWriteArrayList总结：

1. 对于写操作，CopyOnWriteArrayList使用ReentrantLock重入锁加锁，保证线程安全。
2. CopyOnWriteArrayList的写操作要先拷贝一份新数组，在新数组中进行修改，修改完了再用新数组去替换旧的数组。
3. CopyOnWriteArrayList采用读写分离的思想，读操作不加锁，但是写操作需要加锁。
4. CopyOnWriteArrayList支持随机快速访问，时间复杂度为O(1)。