集合类框架_List相关知识

Posted 2021-02-07 feimaoyuzhubaobao

集合类框架是java中比较中重要的框架之一，在Thinking in Java中集合又称为容器。

这篇博文先介绍下List相关知识。List是用于存储序列，它是一个独立的元素序列，这些元素都服从一条或多条规则。List又分为：ArrayList、LinkedList和Vector，而List又属于Collection容器类库。

1.做Java开发，List肯定用过，你都用过哪些List的实现类呢？

ArrayList和LinkedList

2.ArrayList和LinkList的底层实现么？

应该一个是用数组实现的，一个是链表实现的

3. 数组和链表的主要区别是什么？从数据结构的角度，数组有什么特点，链表有什么特点，或者说它们在内存里大致是怎么分布的？

定义一个数组，只需指定一个长度即可。然后就可以通过变量名+索引（或者说下标）的形式访问数组元素了，下标不能超过数组长度，否则就会发生索引越界异常。比如数组a，长度是10，那么第一个元素就是a[0]，最后一个就是a[9]。想访问哪个元素只要指定下标就可以了。像这种可以随意访问任何元素的，有个专用名词叫做随机访问。那我们来看下它在内存中是如何分布的，才支持随机访问。其实数组在内存中是一段连续的空间，你可以把它想象成一个梯子，一个格子紧挨着一个格子。数组名，也就是这个a，指向了这个空间的起始处地址，也就是数组的第一个元素的地址，所以其实和a[0]指向的是同一个地方。但a和a[0]的含义不一样，a表示内存地址，a[0]表示这个地址上存的元素。这里的下标0其实指的是相对于起始处地址的偏移量。0表示没有偏移，所以就是起始处地址的那个元素，也即第一个元素。a[1]表示相对于起始处地址偏移量为1的那个元素，实际可以认为底层执行的是*(a + 1)。a+1表示从起始地址开始向后偏移1个之后的地址，那么*(星号)的意思就是取出那个地址上存储的元素。因为向后偏移了1个，其实就是第二个，所以a[1]叫取出数组的第二个元素。因数组在内存中是一段连续的空间，所以不管访问哪个元素都是这两步，加上偏移量，然后取数据。这就是它支持随机访问的原因。说白了就是所有元素按顺序挨在了一起。也可以看出来，不管数组的长度是多长，访问元素的方式都是这两步，都在常量的时间内完成。所以按索引访问数组元素的时间复杂度就是O(1)。ArrayList只不过是对数组的包装，因为数组在内存中分配时必须指定长度，且一旦分配好后便无法再增加长度，即不可能在原数组后面再接上一段的。ArrayList之所以可以一直往里添加，是因为它内部做了处理。当底层数组填满后，它会再分配一个更大的新的数组，把原数组里的元素拷贝过来，然后把原数组抛弃掉。使用新的数组作为底层数组来继续存储。

4. LinkedList也实现了List接口，也可以按索引访问元素，表面上用起来感觉差不多，但是其底层却有天壤之别？与数组一下子分配好指定长度的空间备用不同，链表不会预先分配空间。而是在每次添加一个元素时临时专门为它自己分配一个空间。因为内存空间的分配是由操作系统完成的，可以说每次分配的位置都是随机的，并没有确定的规律。所以说链表的每个元素都在完全不同的内存地址上，那我们该如何找到它们呢？唯一的做法就是把每个元素的内存地址都要保存起来。怎么保存呢？那就让上一个元素除了存储具体的数据之外，也存储一份下一个元素在内存中的地址。整个就像前后按顺序依次相连的一条链，我们只要保存第一个元素的内存地址，就可以顺藤摸瓜找到所有的元素。可见按索引访问链表元素时，必须从头一个个遍历，而且链表越长，位置越靠后，所需花费的时间就越长。所以按索引访问链表元素的时间复杂度就是O(n)，n为链表的长度。也说明了链表不支持随机访问。所以ArrayList就实现了RandomAccess（随机访问）接口，而LinkedList就没有。