《吊打面试官》系列-ArrayList

Posted 2021-03-17 aobing

你知道的越多，你不知道的越多

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本文 GitHub https://github.com/JavaFamily 已收录，有一线大厂面试点思维导图，也整理了很多我的文档，欢迎Star和完善，大家面试可以参照考点复习，希望我们一起有点东西。

前言

作为一个在互联网公司面一次拿一次Offer的面霸，打败了无数竞争对手，每次都只能看到无数落寞的身影失望的离开，略感愧疚（请允许我使用一下夸张的修辞手法）。

于是在一个寂寞难耐的夜晚，我痛定思痛，决定开始写互联网技术栈面试相关的文章，希望能帮助各位读者以后面试势如破竹，对面试官进行360°的反击，吊打问你的面试官，让一同面试的同僚瞠目结舌，疯狂收割大厂Offer！

所有文章的名字只是我的噱头，我们应该有一颗谦逊的心，所以希望大家怀着空杯心态好好学，一起进步。

正文

一个婀娜多姿，穿着衬衣的小姐姐，拿着一个精致的小笔记本，径直走过来坐在我的面前。

看着眼前这个美丽的女人，心想这不会就是Java基础系列的面试官吧，真香。

不过看样子这么年轻应该问不出什么深度的吧，嘻嘻。（哦？是么??）

帅丙，上次面试到现在都过去2个星期你才过来，为啥鸽了这么久？

美丽迷人的面试官您好，因为之前得了流感，差点就没了，还有最近年底忙年会和年终review的事情，实在太忙了，不好意思。

还做了一波导演（其实是打杂）去拍摄蘑菇街的年会视频了，实在忙到爆炸，周末也没能怼出文章哈哈。

好吧那我理解了，下次这种情况记得提前跟我说，对了，多喝热水。

面试官最后的多喝热水，直接触动我内心的防线，居然还有人这么关心我，帅丙的眼角，又湿了……

ArrayList有用过吗？它是一个什么东西？可以用来干嘛？

有用过，ArrayList就是数组列表，主要用来装载数据，当我们装载的是基本类型的数据int，long，boolean，short，byte…的时候我们只能存储他们对应的包装类，它的主要底层实现是数组Object[] elementData。

与它类似的是LinkedList，和LinkedList相比，它的查找和访问元素的速度较快，但新增，删除的速度较慢。

小结：ArrayList底层是用数组实现的存储。

特点：查询效率高，增删效率低，线程不安全。使用频率很高。

为啥线程 不安全还使用他呢？

因为我们正常使用的场景中，都是用来查询，不会涉及太频繁的增删，如果涉及频繁的增删，可以使用LinkedList，如果你需要线程安全就使用Vector，这就是三者的区别了，实际开发过程中还是ArrayList使用最多的。

不存在一个集合工具是查询效率又高，增删效率也高的，还线程安全的，至于为啥大家看代码就知道了，因为数据结构的特性就是优劣共存的，想找个平衡点很难，牺牲了性能，那就安全，牺牲了安全那就快速。

Tip：这里还是强调下大家不要为了用而用，我记得我以前最开始工作就有这个毛病。就是不管三七二十一，就是为了用而用，别人用我也用，也不管他的性能啊，是否线程安全啥的，所幸最开始公司接触的，都是线下的系统，而且没啥并发。

现在回想起来还有点后怕，而且我第一次出去面试就被一个算法的大佬给虐得体无完肤，其实他问的我都会用，但是就是说不上来为啥用，为啥这么做。

回想起一年前的第一次面试，我又想到了那时候的点滴，那时候我身边还有女人，那时候我还有头发，那时候……我的眼角又湿了。

您说它的底层实现是数组，但是数组的大小是定长的，如果我们不断的往里面添加数据的话，不会有问题吗？

ArrayList可以通过构造方法在初始化的时候指定底层数组的大小。

通过无参构造方法的方式ArrayList()初始化，则赋值底层数Object[] elementData为一个默认空数组Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}所以数组容量为0，只有真正对数据进行添加add时，才分配默认DEFAULT_CAPACITY = 10的初始容量。

大家可以分别看下他的无参构造器和有参构造器，无参就是默认大小，有参会判断参数。

数组的长度是有限制的，而ArrayList是可以存放任意数量对象，长度不受限制，那么他是怎么实现的呢？

其实实现方式比较简单，他就是通过数组扩容的方式去实现的。

就比如我们现在有一个长度为10的数组，现在我们要新增一个元素，发现已经满了，那ArrayList会怎么做呢？

第一步他会重新定义一个长度为10+10/2的数组也就是新增一个长度为15的数组。

然后把原数组的数据，原封不动的复制到新数组中，这个时候再把指向原数的地址换到新数组，ArrayList就这样完成了一次改头换面。

Tip：很多小伙伴说，你举例干嘛用10这么长的数组举例，这样画都要多画一点格子了，帅丙我会做无意义的事情？因为我们在使用ArrayList的时候一般不会设置初始值的大小，那ArrayList默认的大小就刚好是10。

然后你们也可以看到，他的构造方法，如果你传入了初始值大小，那就使用你传入的参数，如果没，那就使用默认的，一切都是有迹可循的。

能具体说下1.7和1.8版本初始化的时候的区别么？

arrayList1.7开始变化有点大，一个是初始化的时候，1.7以前会调用this(10)才是真正的容量为10，1.7即本身以后是默认走了空数组，只有第一次add的时候容量会变成10。

ArrayList的默认数组大小为什么是10？

其实我也没找到具体原因。

据说是因为sun的程序员对一系列广泛使用的程序代码进行了调研，结果就是10这个长度的数组是最常用的最有效率的。也有说就是随便起的一个数字，8个12个都没什么区别，只是因为10这个数组比较的圆满而已。

我记得你说到了，他增删很慢，你能说一下ArrayList在增删的时候是怎么做的么？主要说一下他为啥慢。

诶卧*，这个我想一下，大学看的有点忘记了，我想想。

嗯嗯好的，我分别说一下他的新增的逻辑吧。

他有指定index新增，也有直接新增的，在这之前他会有一步校验长度的判断ensureCapacityInternal，就是说如果长度不够，是需要扩容的。

在扩容的时候，老版本的jdk和8以后的版本是有区别的，8之后的效率更高了，采用了位运算，右移一位，其实就是除以2这个操作。

1.7的时候3/2+1 ，1.8直接就是3/2。

指定位置新增的时候，在校验之后的操作很简单，就是数组的copy，大家可以看下代码。

不知道大家看懂arraycopy的代码没有，我画个图解释下，你可能就明白一点：

比如有下面这样一个数组我需要在index 5的位置去新增一个元素A

那从代码里面我们可以看到，他复制了一个数组，是从index 5的位置开始的，然后把它放在了index 5+1的位置

给我们要新增的元素腾出了位置，然后在index的位置放入元素A就完成了新增的操作了

至于为啥说他效率低，我想我不说你也应该知道了，我这只是在一个这么小的List里面操作，要是我去一个几百几千几万大小的List新增一个元素，那就需要后面所有的元素都复制，然后如果再涉及到扩容啥的就更慢了不是嘛。

我问你个真实的场景，这个问题很少人知道，你可要好好回答哟！

ArrayList（int initialCapacity）会不会初始化数组大小？

这是什么问题？卧槽问个ArrayList还能问到知识盲区？

不要慌，我记得丙丙说过：无论我们遇到什么困难都不要害怕，战胜恐惧最好的办法就是面对他！！！奥利给！！！…

会初始化数组大小！但是List的大小没有变，因为list的大小是返回size的。

而且将构造函数与initialCapacity结合使用，然后使用set（）会抛出异常，尽管该数组已创建，但是大小设置不正确。

使用sureCapacity（）也不起作用，因为它基于elementData数组而不是大小。

还有其他副作用，这是因为带有sureCapacity（）的静态DEFAULT_CAPACITY。

进行此工作的唯一方法是在使用构造函数后，根据需要使用add（）多次。

大家可能有点懵，我直接操作一下代码，大家会发现我们虽然对ArrayList设置了初始大小，但是我们打印List大小的时候还是0，我们操作下标set值的时候也会报错，数组下标越界。

其实数组是初始化了，但是List没，那size就没变，set下标是和size比较的那就报错了。

再结合源码，大家仔细品读一下，这是Java Bug里面的一个经典问题了，还是很有意思的，大家平时可能也不会注意这个点。

ArrayList插入删除一定慢么？

取决于你删除的元素离数组末端有多远，ArrayList拿来作为堆栈来用还是挺合适的，push和pop操作完全不涉及数据移动操作。

那他的删除怎么实现的呢？

删除其实跟新增是一样的，不过叫是叫删除，但是在代码里面我们发现，他还是在copy一个数组。

为啥是copy数组呢？

继续打个比方，我们现在要删除下面这个数组中的index5这个位置

那代码他就复制一个index5+1开始到最后的数组，然后把它放到index开始的位置

index5的位置就成功被”删除“了其实就是被覆盖了，给了你被删除的感觉。

同理他的效率也低，因为数组如果很大的话，一样需要复制和移动的位置就大了。

ArrayList是线程安全的么？

当然不是，线程安全版本的数组容器是Vector。

Vector的实现很简单，就是把所有的方法统统加上synchronized就完事了。

你也可以不使用Vector，用Collections.synchronizedList把一个普通ArrayList包装成一个线程安全版本的数组容器也可以，原理同Vector是一样的，就是给所有的方法套上一层synchronized。

ArrayList用来做队列合适么？

队列一般是FIFO（先入先出）的，如果用ArrayList做队列，就需要在数组尾部追加数据，数组头部删除数组，反过来也可以。

但是无论如何总会有一个操作会涉及到数组的数据搬迁，这个是比较耗费性能的。

结论：ArrayList不适合做队列。

那数组适合用来做队列么？

这个女人是魔鬼么？不过还是得微笑面对！

数组是非常合适的。

比如ArrayBlockingQueue内部实现就是一个环形队列，它是一个定长队列，内部是用一个定长数组来实现的。

另外著名的Disruptor开源Library也是用环形数组来实现的超高性能队列，具体原理不做解释，比较复杂。

简单点说就是使用两个偏移量来标记数组的读位置和写位置，如果超过长度就折回到数组开头，前提是它们是定长数组。

ArrayList的遍历和LinkedList遍历性能比较如何？

论遍历ArrayList要比LinkedList快得多，ArrayList遍历最大的优势在于内存的连续性，CPU的内部缓存结构会缓存连续的内存片段，可以大幅降低读取内存的性能开销。

能跟我聊一下LinkedList相关的东西么？

可以呀，不然今天天色已晚，不然我们下次再聊？

好吧，每次你都找借口，下次可以集合最后章节了，我们好好聊聊，你好好准备吧。

总结

ArrayList就是动态数组，用MSDN中的说法，就是Array的复杂版本，它提供了动态的增加和减少元素，实现了ICollection和IList接口，灵活的设置数组的大小等好处。

面试里面问的时候没HashMap，ConcurrentHashMap啥的这么常问，但是也有一定概率问到的，还是那句话，不打没把握的仗。

我们在源码阅读过程中，不需要全部都读懂，需要做的就是读懂核心的源码，加深自己对概念的理解就好了，用的时候不至于啥都不知道，不要为了用而用就好了。

ArrayList常用的方法总结

• boolean add(E e)

将指定的元素添加到此列表的尾部。

• void add(int index, E element)

将指定的元素插入此列表中的指定位置。

• boolean addAll(Collection c)

按照指定 collection 的迭代器所返回的元素顺序，将该 collection 中的所有元素添加到此列表的尾部。

• boolean addAll(int index, Collection c)

从指定的位置开始，将指定 collection 中的所有元素插入到此列表中。

• void clear()

移除此列表中的所有元素。

• Object clone()

返回此 ArrayList 实例的浅表副本。

• boolean contains(Object o)

如果此列表中包含指定的元素，则返回 true。

• void ensureCapacity(int minCapacity)

如有必要，增加此 ArrayList 实例的容量，以确保它至少能够容纳最小容量参数所指定的元素数。

• E get(int index)

返回此列表中指定位置上的元素。

• int indexOf(Object o)

返回此列表中首次出现的指定元素的索引，或如果此列表不包含元素，则返回 -1。

• boolean isEmpty()

如果此列表中没有元素，则返回 true

• int lastIndexOf(Object o)

返回此列表中最后一次出现的指定元素的索引，或如果此列表不包含索引，则返回 -1。

• E remove(int index)

移除此列表中指定位置上的元素。

• boolean remove(Object o)

移除此列表中首次出现的指定元素（如果存在）。

• protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex)

移除列表中索引在 fromIndex（包括）和 toIndex（不包括）之间的所有元素。

• E set(int index, E element)

用指定的元素替代此列表中指定位置上的元素。

• int size()

返回此列表中的元素数。

• Object[] toArray()

按适当顺序（从第一个到最后一个元素）返回包含此列表中所有元素的数组。

• T[] toArray(T[] a)

按适当顺序（从第一个到最后一个元素）返回包含此列表中所有元素的数组；返回数组的运行时类型是指定数组的运行时类型。

• void trimToSize()

将此 ArrayList 实例的容量调整为列表的当前大小。

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敖丙 | 文 【原创】

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