夺命追问带你深入了解ArrayList与LinkedList

目录

一、ArrayList

问题1：说一下JDK1.7与1.8 ArrayList有什么区别？

问2：说一下ArrayList的扩容机制？

问3：下面这段代码会将数组扩容到多少？

问4：说说迭代器Iterator的两种规则：fail-fast和fail-safe

问5：简单说说fail-fast的源码

二、LinkedList

问1：ArrayList与LinkedList的比较？

问2：ArrayList与LinkedList 查询、增删性能比较？

问3：什么是局部性原理？

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一、ArrayList

问题1：说一下JDK1.7与1.8 ArrayList有什么区别？

答：

（1）JDK7：JDK7的ArrayList类似于单例模式的饿汉式，new ArrayList()；时就创建长度为10的数组，当你添加到第11个元素时进行数组的扩容，扩容成当前的1.5倍，也就是长度15的数组。

（2）JDK8：JDK8的ArrayList类似于单例模式的懒汉式，new ArrayList()；仅仅是将elementData初始化为{}，也就是一个长度为0的数组。当第一次add()的时候，底层才创建了长度为10的数组。添加到第11个元素时数组进行扩容，扩容成当前的1.5倍，也就是长度15的数组。

问2：说一下ArrayList的扩容机制？

答：一开始new ArrayList(); 底层创建容量为0的数组，当我们add()第一个元素时，触发第一次扩容，将容量0变为10，当数组容量存满10个，add()第11个元素时触发第二次扩容，扩容为原理的1.5倍，也就是15。当我们add()到第16个元素，触发第三次扩容，但注意，扩容1.5倍并不准确，拿第三次扩容举例，15 * 1.5 = 22.5，结果发现带小数了。其实底层运用的是移位，15 >> 1（15右移一位，相当于除2）等于7，结果7再加上原始的容量15，就是新的容量，结果是22。

问3：下面这段代码会将数组扩容到多少？

ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
list.addAll(List.of(1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11));

答：正常我们分析一开始初始化容量是0，一口气放11个元素，那肯定扩容成15了。但结果却是11，为什么呢？因为addAll运行的规律是，当你原始的容量不够时，它会在下一次扩容容量的大小（10，第一次是0，下一次就是10）和我们addAll的元素个数二者之间取一个较大值作为下一次容量。那就是10和11比，那结果就是11。

这就是addAll方法特殊的运行规律。

问4：说说迭代器Iterator的两种规则：fail-fast和fail-safe

答：我们都知道，ArrayList使用迭代器或foreach遍历时，其它线程不可改变其元素，如果改变则会抛出异常，而List其实有两种规则来指定此问题。

fail-fast：一旦发现遍历的同时其它人来修改，则立刻抛异常。

fail-safe：发现遍历的同时其它人来修改，应当能有应对策略，例如牺牲一致性让整个遍历运行完成。例如遍历有5个元素的集合，分别是abcde，假如遍历到c的时候，我们添加一个f，但发现并不会报错，只是结果还是旧的abcde，但是当你整个for循环遍历完成，再打印一次list，则会发现有f元素了。

ArrayList是fail-fast的典型代表，遍历的同时不能修改，尽快失败抛出异常。

CopyOnWriteArrayList是fail-safe的典型代表，遍历的同时可以修改，原理是读写分离。底层就是弄两个数组，一个是用来读的，另一个新数组是用来写新元素的。

问5：简单说说fail-fast的源码

答：foreach遍历集合，其实是走的Iterator，首先判断hasNext()，如果没有了则终止循环，否则next()获取元素时，都要check一下集合元素个数是否变化了，如果变化了，则抛出异常。

modCount是集合添加元素、删除元素的次数，expectedModCount是预期的修改次数。增删操作会使得modCount+1，不等于expetedModCount，所以抛出异常。

没有使用list.iterator时调用的是ArrayList自己的remove方法，并不会同步这两个值，导致抛出异常。调用了ArrayList.iterator之后，此后再remove，remove方法中有让这两个值相等的操作。

迭代器的remove方法会修改expectedModCount，从而使modCount与之相等。

也就是说，如果你要在迭代中移除元素，那你最好用迭代器，别用foreach，因为foreach用list.remove();会报错，但迭代器中的iterator.remove();不会报错。

注意：

expectedModCount：预期修改次数，集合假如一开始add() 5个元素，那expectedModCount就是5。

modCount：在循环的时候如果增删，这个变量就会+1。

二、LinkedList

问1：ArrayList与LinkedList的比较？

答：

（1）ArrayList

① 底层是数组，需要连续内存。

② 随机访问快（指根据下标访问）。

③ 尾部插入、删除性能可以，其它部分插入、删除会移动数据，因此性能会低。

④ 可以利用cpu缓存，局部性原理。

（2）LinkedList

① 底层是双向链表，无需连续内存。

② 随机访问慢（要沿着链表遍历）。

③ 头尾部插入删除性能高。

④ 占用内存多。

解释链表为何查询慢：因为每个节点只知道上一个元素和下一个元素是什么，我如果想找到4，那我从1开始找，1下一个元素是2，2下一个元素是3，3下一个元素是4这么找，沿着链表遍历。

而删除为什么快，双向链表可以想象成小朋友手拉手站成一排，如果其中一个小朋友退出游戏，那么直接让旁边两个小朋友拉手即可，跟其他的小朋友没关系。删除第3个元素，只跟第2个和第4个元素有关系，只需要把第2个元素的地址值给第4个，再将第4个元素的地址值给第2个即可。

问2：ArrayList与LinkedList 查询、增删性能比较？

答：放弃ArrayList增删慢，查询快。LinkedList增删快，查询慢这种说法。

首先我们要明确一个概念，什么是随机访问？什么是查询？

随机访问：是随便根据索引去挑一个。

查询：根据元素的内容去元素里找。

按查询来说，ArrayList和LinkedList 根据元素内容去找的话，时间复杂度都差不多，都是O(n)。换句话说，这哥俩都不太适合用来做查询，要真想做查询，就用HashMap或者TreeMap这种高效的数据结构，它们的哈希表和红黑树都更适合用来做查询。

按随机访问来说，ArrayList肯定比LinkedList要快，因为带索引查询，而双向链表只能沿着链表一点点找。

增删的话，ArrayList尾部增删都很快，因为不用移动其它元素，直接增加或删除即可，如果其它位置增删，比如头部增删，那其它的元素都需要移动位置来配合你。而LinkedList只是头尾插入删除性能比较高，但链表的中间去增删元素，它的性能实在不敢恭维。测试代码结果是LinkedList比ArrayList耗费时间多出6倍。

为什么LinkedList中间插入元素会那么慢？

原因是你需要先定位到中间，那必然通过LinkedList的next一个个的找到中间位置元素，这个查找的过程，移动指针的过程是非常慢的。当然定位到了以后做增删操作是非常快的，无非是链表的指针重新改变一下。

问3：什么是局部性原理？

答：局部性原理就是我们查询一个元素时，可以将此数据相邻的几个元素都加入到缓存中，因为它会做出一种假设，如果你查询的是1，那么你有可能马上会用到2、3、4、5，那我就一起都放入缓存中。因为ArrayList底层是数组，所以它可以实现这种局部性原理的方式来优化。但LinkedList不行，因为双向链表的缘故，有可能你查询的1元素，它的指针指向下一个元素是2，但有可能1和2元素并不相邻，中间可能差的有点远。所以缓存中并没有把你接下来的元素2加载进缓存中。