List单列集合

Posted 2021-03-05 tinghao

1.Vector和ArrayList以及LinkedList区别和联系，以及分别的应用场景

　　线程安全

　　　　Vector：与ArrayList一样，也是通过数组实现的，不同的它支持线程的同步，底层采用synchronized同步方法进行加锁，所以线程安全；即某一时刻只有一个线程能够写Vector，避免多线程同时写而引起的不一致性，但实现同步需要很高的花费，因此，访问它比访问ArrayList慢；如果创建Vector没有执行容量，则默认容量为10；

　　　　ArrayList：它是最常用的List实现类，底层基于数组，线程非安全，允许对元素进行快读随机访问；数据的缺点就是每个元素之间不能有间隔，当数据大小不满足时需要增加存储能力，就要将已经有数组的数据复制到新的存储空间中。当从ArrayList的中间位置插入或删除元素时，需要对数组进行复制，移动，代价比较高。因此，它的查询和修改效率高，增加和删除效率低；

　　　　LinkedList：底层双向链表结构，线程非安全，查询和修改效率低，但是增加和删除效率高；另外，它还提供了List接口中没有定义的方法，专门用于操作表头和表尾元素，可以当作堆栈，队列和双向队列使用；

　　使用场景

　　　　Vector很少用；

　　　　如果有大量的添加和删除则可以选择LinkedList；

　　　　如果有大量的查询和修改则可以选择ArrayList;

2.如果要保证ArrayList线程安全，有几种方式？

　　2.1 自己编写一个ArrayList集合类，根据业务一般来说，add/set/remove加锁；

　　2.2 利用List<Objecct> list=Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());　　　　采用synchronized加锁

public E get(int index) {
    synchronized (mutex) {return list.get(index);}
}
public E set(int index, E element) {
    synchronized (mutex) {return list.set(index, element);}
}
public void add(int index, E element) {
    synchronized (mutex) {list.add(index, element);}
}
public E remove(int index) {
    synchronized (mutex) {return list.remove(index);}
}

　　　　

　　2.3 new CopyOnWriteArrayList<>().add(" ");　　　　采用ReentrantLock加锁

public boolean add(E e) {
　　　　　　//加锁
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
　　　　　　　　//获取原始集合
            Object[] elements = getArray();
            int len = elements.length;
　　　　　　　　//复制一个新集合
            Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
            newElements[len] = e;
　　　　　　　　//替换原始集合为新集合
            setArray(newElements);
            return true;
        } finally {
　　　　　　　　//释放锁
            lock.unlock();
        }
    }

3.了解CopyOnWriteArrayList底层？CopyOnWriteArrayList与Collections.synchronizedList有什么区别？

　　3.1 CopyOnWriteArrayList底层实现：

　　　　CopyOnWriteArrayList在执行修改操作的时候，会复制一份新的数组数据，代价昂贵，修改过来将原来的集合指向新的集合完成操作；

　　　　3.1.1 add添加：在添加的时候是需要加锁的，否则多线程写的时候会Copy出N个副本出来；使用ReentrantLock保证多线程环境下的集合安全；

　　　　　　　　public boolean add(E e) {
                    final ReentrantLock lock = this.lock;            //获取了一把锁
                    lock.lock();                        //加锁
                    try {
                        Object[] elements = getArray();        //获取当前数组数据，给elements
                        int len = elements.length;            //记录当前数组的长度
                        Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);        //复制一个新的数组
                        newElements[len] = e;    //将数据填入到新数组当中
                        setArray(newElements);    //将当前array指针指向到新的数据
                        return true;
                    } finally {
                        lock.unlock();            //释放锁
                    }
                }

　　　　3.1.2 get读取：读的时候没有加锁，如果读的时候有多个线程正在向CopyOnWriteArrayList添加数据，读还是会读到旧的数据，因为写的时候不会锁住旧的CopyOnWriteArrayList；

　　public E get(int index) {
        return get(getArray(), index);
    }

　　　　CopyOnWriteArrayList应用场景：适用于读取操作远大于写操作场景（底层get读取没有加锁，直接获取）

　　3.2 Collections.synchronizedList几乎底层方法都加上了synchronized的锁；

　　　　场景：写操作的性能比CopyOnWriteArrayList要好，但是读取的性能不如CopyOnWriteArrayList；

4.CopyOnWriteArrayList设计思想是怎样的，有什么缺点？

　　设计思想：读写分离，最终一致；

　　缺点：

　　　　内存占用问题：由于写时复制，内存中就会出现两个对象占用空间，如果对象大则容易发生Young GC和Full GC;

　　　　数据一致问题：CopyOnWriteArrayList容器只能保证数据最终一致性，不能保证数据实时一致性；

5.说一下ArrayList扩容机制是怎样的？

　　1.7以及之前版本JDK，默认的大小为10；

　　1.8版本集合大小如果创建时没有指定，则默认为0；若已经指定集合大小，则初始值为当前指定的大小；

　　　　当第一次添加数据的时候，集合大小扩容为10，第二次以及后续每次按照int oldCapacity=elementData.length;      newCapacity = oldCapacity+(oldCapacity>>1)，就是其容量扩展为原来容量的1.5倍；

　　5.1 属性

　　　　默认初始值的大小：

private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

　　　　默认的空对象数组：

private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

　　　　实际存储数据的数组：

transient Object[] elementData;

　　5.2 无参构造器

public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

　　5.3 扩容机制　

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

    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }

        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }

//ensureCapacityInternal方法接受了size+1作为minCapacity，并且判断如果数组是空数组，那么10和minCapacity的较大值就作为新的minCapacity。

　　private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;

        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)　　//如果其元素个数大于其容量，则进行扩容；
            grow(minCapacity);
    }

//判断传入的minCapacity和elementData.length的大小，如果elementData.length大于minCapacity，说明数组容量够用，就不需要进行扩容，
//反之，则传入minCapacity到grow()方法中，进行扩容

    private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;　　　　　　//原来的容量
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);　　//新的容量，原来容量的1.5倍
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)　　　　//如果大于ArrayList可以允许的最大容量，则设置为最大容量
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);　　　　//最终进行扩容，生成一个1.5倍元素
    }

　　进入grow()方法，会将newCapacity设置为旧容量的1.5倍，这也是ArrayList每次扩容都为原来的1.5倍的由来。然后进行判断，如果newCapacity小于minCapacity，那么就将minCapacity的值赋予newCapacity。

　　然后在检查新容量是否超出了定义的容量，如果超出则调用hugeCapacity方法，比较minCapacity和MAX_ARRAY_SIZE的值；如果minCapacity大，那么新容量为Integer。MAX_VALUE,否则新容量为MAX_ARRAYSIZE。最后调用Arrays.cpoyOf传递elementData和新容量，返回新的elementData;