深度分析：面试阿里，字节跳动，美团90%被问到的List集合，看完还不懂算我输

Posted 2020-12-18 lwh1019

1 List集合

1.1 List概述

在Collection中，List集合是有序的，可对其中每个元素的插入位置进行精确地控制，可以通过索引来访问元素，遍历元素。

在List集合中，我们常用到ArrayList和LinkedList这两个类。

关于Java List的一些重要观点是;

Java List接口是Java Collections Framework的成员。
List允许您添加重复元素。
List允许您拥有‘null‘元素。
List接口在Java 8中有许多默认方法，例如replaceAll，sort和spliterator。
列表索引从0开始，就像数组一样。
List支持泛型，我们应尽可能使用它。将Generics与List一起使用将在运行时避免ClassCastException。

List集合特点：

1.有序的；
2.可以存储重复的元素；
3.可以通过索引访问元素

1.2 List框架

 

 

 

ArrayList
底层数据结构是数组。线程不安全
LinkedList
底层数据结构是链表。线程不安全
Vector
底层数据结构是数组。线程安全

数据结构

 

1.3 常用方法

A:添加功能
boolean add(E e):向集合中添加一个元素
void add(int index, E element):在指定位置添加元素
boolean addAll(Collection<? extends E> c)：向集合中添加一个集合的元素。
B:删除功能
void clear()：删除集合中的所有元素
E remove(int index)：根据指定索引删除元素，并把删除的元素返回
boolean remove(Object o)：从集合中删除指定的元素
boolean removeAll(Collection<?> c):从集合中删除一个指定的集合元素。
C:修改功能
E set(int index, E element):把指定索引位置的元素修改为指定的值，返回修改前的值。
D:获取功能
E get(int index)：获取指定位置的元素
Iterator iterator():就是用来获取集合中每一个元素。
E:判断功能
boolean isEmpty()：判断集合是否为空。
boolean contains(Object o)：判断集合中是否存在指定的元素。
boolean containsAll(Collection<?> c)：判断集合中是否存在指定的一个集合中的元素。
F:长度功能
int size():获取集合中的元素个数
G:把集合转换成数组
Object[] toArray():把集合变成数组。

　　

在Java 8中添加到List的一些默认方法是;

default void replaceAll（UnaryOperator <E>运算符）：将此列表的每个元素替换为将运算符应用于该元素的结果。
default void sort（Comparator <super E> c）：根据指定的Comparator引发的顺序对此列表进行排序。
default Spliterator <E> spliterator（）：在此列表中的元素上创建Spliterator。

　　

2 ArrayList集合

2.1 ArrayList概述

1，ArrayList底层通过数组实现，随着元素的增加而动态扩容。

2，ArrayList是Java集合框架中使用最多的一个类，是一个数组队列，线程不安全集合。

它继承于AbstractList，实现了List, RandomAccess, Cloneable, Serializable接口。

1，ArrayList实现List，得到了List集合框架基础功能；
2，ArrayList实现RandomAccess，获得了快速随机访问存储元素的功能，RandomAccess是一个标记接口，没有任何方法；
3，ArrayList实现Cloneable，得到了clone()方法，可以实现克隆功能；
4，ArrayList实现Serializable，表示可以被序列化，通过序列化去传输，典型的应用就是hessian协议。

　　

ArrayList集合的特点：

容量不固定，随着容量的增加而动态扩容（阈值基本不会达到）
有序集合（插入的顺序==输出的顺序）
插入的元素可以为null
增删改查效率更高（相对于LinkedList来说）
线程不安全

2.2 内部原理解析

ArrayList的底层数据结构

 

 

我们来看?下ArrayList的属性：

 

 

ArrayList底层其实就是一个数组，ArrayList中有扩容这么一个概念，正因为它扩容，所以它能够实现“动态”增长

构造方法

 

Add方法
add方法可以说是ArrayList比较重要的方法了，我们来总览一下：

 

 

add(E e)

步骤：

检查是否需要扩容
插入元素

首先，我们来看看这个方法：

   public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

　　

该方法很短，我们可以根据方法名就猜到他是干了什么：

确认list容量，尝试容量加1，看看有无必要
添加元素

接下来我们来看看这个小容量(+1)是否满足我们的需求：

 

 

随后调用ensureExplicitCapacity()来确定明确的容量，我们也来看看这个方法是怎么实现的：

 

所以，接下来看看grow()是怎么实现的~

 

进去看copyOf()方法：

 

 

到目前为止，我们就可以知道add(E e)的基本实现了：

首先去检查一下数组的容量是否足够
足够：直接添加
不足够：扩容
扩容到原来的1.5倍
第一次扩容后，如果容量还是小于minCapacity，就将容量扩充为minCapacity。
add(int index, E element)

步骤：

检查角标
空间检查，如果有需要进行扩容
插入元素

我们来看看插入的实现：

 

 

我们发现，与扩容相关ArrayList的add方法底层其实都是arraycopy()来实现的

看到arraycopy()，我们可以发现：该方法是由C/C++来编写的，并不是由Java实现：

 

总的来说：arraycopy()还是比较可靠高效的一个方法。

get方法

检查角标
返回元素

 

// 检查角标
private void rangeCheck(int index) {
  if (index >= size)
    throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
 
// 返回元素
E elementData(int index) {
  return (E) elementData[index];
}

　　

set方法

步骤：

检查角标
替代元素
返回旧值

remove方法

步骤：

检查角标
删除元素
计算出需要移动的个数，并移动
设置为null，让Gc回收

 

细节再说明

ArrayList是基于动态数组实现的，在增删时候，需要数组的拷贝复制。
ArrayList的默认初始化容量是10，每次扩容时候增加原先容量的一半，也就是变为原来的1.5倍
删除元素时不会减少容量，若希望减少容量则调用trimToSize()
它不是线程安全的。它能存放null值。

 

 

2.3 ArrayList 基本操作

public class ArrayListTest {
    public static void main(String[] agrs){
        //创建ArrayList集合：
        List<String> list = new ArrayList<String>();
        System.out.println("ArrayList集合初始化容量："+list.size());
        // ArrayList集合初始化容量：0
        
        //添加功能：
        list.add("Hello");
        list.add("world");
        list.add(2,"!");
        System.out.println("ArrayList当前容量："+list.size());
        // ArrayList当前容量：3
 
        //修改功能：
        list.set(0,"my");
        list.set(1,"name");
        System.out.println("ArrayList当前内容："+list.toString());
        // ArrayList当前内容：[my, name, !]
 
        //获取功能：
        String element = list.get(0);
        System.out.println(element);
        // my
 
        //迭代器遍历集合：(ArrayList实际的跌倒器是Itr对象)
        Iterator<String> iterator =  list.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            String next = iterator.next();
            System.out.println(next);
        }
        /**  
            my
            name
            !
        */
 
        //for循环迭代集合：
        for(String str:list){
            System.out.println(str);
        }
        /**  
            my
            name
            !
        */
 
        //判断功能：
        boolean isEmpty = list.isEmpty();
        boolean isContain = list.contains("my");
 
        //长度功能：
        int size = list.size();
 
        //把集合转换成数组：
        String[] strArray = list.toArray(new String[]{});
 
        //删除功能：
        list.remove(0);
        list.remove("world");
        list.clear();
        System.out.println("ArrayList当前容量："+list.size());
        // ArrayList当前容量：0
    }
}

　　

最后

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