面试3——java集合类总结（List）

1.集合类

数组：可以存储对象，也可以存储基本数据类型，但是一次只能存储一种类型，且长度一定，不可改变。

集合：只能存储对象，长度可变，可以存储不同类型的对象。Java集合类主要有三种：set，list，map

其中，实现边框的是实现类，折线边框的是抽象类，点线边框的是接口

从图中可以看出，Collection接口是集合类(List,Set,Queue)的根接口，java中没有提供这个接口的直接实现类。有三个子接口List，Set，Queue，注意，Map不是collection的子接口。

Collection中的方法：

2.Collection中的List和Set接口

首先说一下List接口。 List里存放的对象是有序的，可重复的，可以为null的集合。List关注的是索引，拥有一系列和索引相关的方法，查询速度快。

List接口下主要的三个实现类：Arraylist，Linkedlist，Vector。

（1）ArrayList

　　arraylist实现List接口，继承AbstractList。底层是数组实现，可以自增扩容。是非线程安全的，一般用于单线程环境中（与Vector最大的区别就是，V是线程安全的，所以A比V的性能相对要好些），在多线程中，可以选择Vector或者CopyOnWriteArrayList。Arraylist实现了Serializable接口，支持序列化，能够通过序列化传输；实现了RandomAccess接口（只是个标注接口，没有实际的方法），支持快速随机访问，主要变现为可以通过下标直接访问（因为Arraylist的底层是数组，可直接用数组下标来索引）；实现了Cloneable接口，能被克隆。 Arraylist是基于动态数组实现的。

public class ArrayList<E>
extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, Serializable

　　1）初始化

　　Arraylist提供了三种初始化方法。

public ArrayList(int initialCapacity) {
        if (initialCapacity > 0) {
            this.elementData = new Object[initialCapacity];
        } else if (initialCapacity == 0) {
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        } else {
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        }
    }

    /**
     * Constructs an empty list with an initial capacity of ten.//默认提供容量为10的数组。
     */
    public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

    /**
     * Constructs a list containing the elements of the specified
     * collection, in the order they are returned by the collection's
     * iterator.
     *
     * @param c the collection whose elements are to be placed into this list
     * @throws NullPointerException if the specified collection is null
     */
    public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
        elementData = c.toArray();
        if ((size = elementData.length) != 0) {
            // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
            if (elementData.getClass() != Object[].class)
                elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class); //注意size是记录该list集合当前元素的数量，不是容量
        } else {
            // replace with empty array.
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        }
    }

2）动态调整

无参构造函数默认的是空数组，为什么注释说是容量为10的数组。主要是ArrayList的add方法。add方法中调用了ensureCapacityInternal()方法，

 /**
     * Appends the specified element to the end of this list.
     *
     * @param e element to be appended to this list
     * @return <tt>true</tt> (as specified by {@link Collection#add})
     */
    public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
    }
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        return minCapacity;
    }

从上述源码中可以看出，当elementData为空数组时，则使用Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity）进行选择一个最大的，其中DEFAULT_CAPACITY为arraylist定义的静态常量=10；

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
    }

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

        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }
/**
     * Increases the capacity to ensure that it can hold at least the
     * number of elements specified by the minimum capacity argument.
     *
     * @param minCapacity the desired minimum capacity
     */
    private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

    private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
    }

动态扩容最关键是grow方法 。通过源码中int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);可得容量扩大为原来的1.5倍。

总之，ArrayList默认容量是10，如果初始化时一开始指定了容量，或者通过集合作为元素，则容量为指定的大小或参数集合的大小。每次扩容为原来的1.5倍，如果新增后超过这个容量，则容量为新增后所需的最小容量。如果增加1.5倍后的新容量超过限制的容量，则用所需的最小容量与限制的容量进行判断，超过则指定为Integer的最大值，否则指定为限制容量大小。然后通过数组的复制将原数据复制到一个更大(新的容量大小)的数组。

3）遍历方式

第一，随机访问，通过索引获取元素。ArrayList实现了randomaccess接口。

/**
     * Returns the element at the specified position in this list.
     *
     * @param  index index of the element to return
     * @return the element at the specified position in this list
     * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
     */
    public E get(int index) {
        rangeCheck(index);

        return elementData(index);
    }

第二，for循环，foreach循环。

package Two;

import java.util.ArrayList;

public class one {

    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList();
        arrayList.add(1);
        arrayList.add(3);
        arrayList.add(9);
    //for循环
        for (int i = 0;i<arrayList.size();i++){
            System.out.print(arrayList.get(i));
        }
//  foreach循环
        for (Integer list:arrayList) {
            System.out.print(list);
        }
    }
}

第三种：通过迭代器遍历

public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList();
        arrayList.add(1);
        arrayList.add(3);
        arrayList.add(9);
        Integer integer = null;
        Iterator iterator = arrayList.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            integer = (Integer) iterator.next();
            System.out.println(integer);
        }

    }

上述三种遍历方式中，随机访问的效率最高，使用迭代器的效率最低。

总结：

• ArrayList是List接口的一个可变大小的数组的实现

• ArrayList的内部是使用一个Object对象数组来存储元素的

• 初始化ArrayList的时候，可以指定初始化容量的大小，如果不指定，就会使用默认大小，为10

• 当添加一个新元素的时候，首先会检查容量是否足够添加这个元素，如果够就直接添加，如果不够就进行扩容，扩容为原数组容量的1.5倍

• 当删除一个元素的时候，会将数组右边的元素全部左移，添加一个元素时，右移。

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2）LinkedList

public class LinkedList<E>
extends AbstractSequentialList<E>
implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, Serializable

LinkedList是一个继承AbstractSequentialList的双向链表。它可以被当作堆栈、队列或双端队列进行操作。

LinkedList实现了List接口，能对它进行队列操作。

LinkedList实现了Deque接口，即能将LinkedList当作双端队列使用

LinkedList实现了Cloneable接口，能克隆

LinkedList实现了java.io.Serializable接口，支持序列化，能通过序列化去传输

LinkedList是非同步的。

请注意，此实现不同步。 如果多个线程同时访问链接列表，并且至少有一个线程在结构上修改列表，则必须在外部进行同步。 （结构修改是添加或删除一个或多个元素的任何操作;仅设置元素的值不是结构修改。）这通常通过在自然封装列表的对象上进行同步来实现。 如果没有这样的对象存在，列表应该使用Collections.synchronizedList方法“包装”。 这最好在创建时完成，以防止意外的不同步访问列表：

  List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...)); 

源码阅读有兴趣可自己去看

LinkedList特点：

• 双向链表实现，没有固定容量，不需扩容
• 元素是有序的，允许null值，输入输出顺序一致
• 所有指定位置的操作都是从头开始遍历的
• 需要更多的内存，LinkedList每个节点中需要存储前后节点的信息，占用空间更多
• 查找效率低，插入删除效率高。

3）Vector

Vector非常类似ArrayList，但是Vector是同步的。由Vector创建的Iterator，虽然和ArrayList创建的Iterator是同一接口，但是，因为Vector是同步的，当一个Iterator被创建而且正在被使用，另一个线程改变了Vector的状态（例如，添加或删除了一些元素），这时调用Iterator的方法时将抛出ConcurrentModificationException，因此必须捕获该异常。

vector源码分析：https://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3308833.html

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3.List实现类的各种比较

1）Vector和ArrayList

相同点：两者都是基于存储元素的数组来实现的，它们会在内存中开辟块连续的空间来存储，由于数据存储是连续的，它们支持用序号（下标）来访问元素，但是插入和删除是要移动容器中的元素，所以执行较慢。两者都有一个初始化的容量的大小，为10；当里面存储的元素超过这个大小时，就会动态的进行扩容。Vector默认扩充为原来的2倍，ArrayList默认扩充为原来的1.5倍。

区别：二者最大的区别在与synchronization（同步）的使用。在ArrayList中没有一个方法是同步的，而在Vector中，绝大部分方法都是同步的。所以Vector是线程安全的，而ArrayList不是线程安全的。由于Vector提供同步，所以性能上较低于ArrayList。

2）ArrayList和LinkedList

• ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构，而LinkedList是基于双向链表的数据结构
• 对于随机访问，ArrayList要优于LinkedList，因为LinkedList要移动指针
• 对于插入和删除，LinkedList较占优势，ArrayList要移动数据。
• ArrayList和LinkedList都是非线程安全的容器

在实际使用中，若对数据的主要操作为索引或只在集合的末端增加、删除元素，使用Arraylist和vector效率比较高；若对数据的操作主要为指定位置的插入或删除操作，使用Linkedlist效率比较高；当在多线程中使用容器时（即多个线程会同时访问该容器，），选用vector较为安全。