ArrayList底层原理、线程安全及其相关集合（面试常问）

一、ArrayList底层原理

1.特点及其原理：ArrayList底层基于数组实现，查找快，增删慢

2.ArrayList底层原理，初始化及调用add()方法添加元素:

默认初始化容量为10

第一次创建集合并在添加第一个元素时在底层创建一个默认长度为10的数组:

调用构造函数初始化时默认创建的是空数组

只有在调用add方法添加第一个元素时才会在底层创建默认长度为10的数组

总结：第一次创建集合并添加第一个元素时在底层创建一个默认长度为10的数组；当元素插满，会进行扩容，每次扩容到之前的1.5倍（oldCapacity + (oldCapacity >> 1，二进制右移即除二，左移乘二），如果扩容1.5倍之后容量还不够，则将所需要的最小容量minCapacity赋给数组新的容量值newCapacity；扩容之后通过数组的拷贝（使用Arrays.copyOf）来确保元素的准确性。

二、ArrayList线程安全问题

由上图add()方法可知，在ArrayList中的add方法没有做相关线程安全的处理，故ArrayList本身是线程不安全的，与之相关的线程安全的方法有：

1.Vector类

Vector和ArrayList语法相同，都继承了同一个类实现了相同的接口

Vector中的add()方法添加了synchronized关键字，故Vector类是线程安全的

但是由于Vector是直接在方法上使用synchronized锁住整个方法，并发效率低，在高并发的情况下容易造成线程阻塞等问题。

2.使用Collections工具类

使用集合的工具类Collections提供的synchronizedList方法将线程不安全的集合类变为安全的

//将线程不安全的集合对象作为参数传入synchronizedXxx()方法中

List synchronizedList = Collections.synchronizedList(arrayList);

新new一个线程安全的SynchronizedRandomAccessList或SynchronizedList。当传入的 list 是ArrayList 时，返回 SynchronizedRandomAccessList 对象；传入 LinkedList 时，返回SynchronizedList 对象。(因为ArrayList实现了RandomAccess接口而 LinkedList 没有)

而SynchronizedRandomAccessList又继承了SynchronizedList，在调用SynchronizedRandomAccessList时构造器会调用super(list)即SynchronizedList类

可以看到SynchronizedList中的add、get、remove等方法内都加了mutex对象锁，从而实现线程安全。

与Vector比较，Vector直接锁住整个方法，而使用synchronizedList时锁住方法内部的部分代码，效率会高一点。

3.在大量并发情况下使用CopyOnWriteArrayList提高集合的效率和安全

使用Lock锁相较于Synchronized关键字更为灵活、效率更高；使用transient保证值被修改后，其它线程能够立马感知到最新值。且CopyOnWriteArrayList中只有写操作加了lock锁，而读操作(get方法)未加锁，从而提高读取效率（而synchronizedList和Vector中的get方法均加了synchronized关键字）：

从 add ()方法中可以看出，CopyOnWriteArrayList 通过volatile、加锁、以及数组拷贝来保证了集合的线程安全。

总结：CopyOnWriteArrayList是一个读操作时无锁，写操作时使用volatile关键字、lock锁以及数组拷贝来保证线程安全的ArrayList。

三、ArrayList与相关集合的区别

1.ArrayList和LinkedList

ArrayList底层基于数组,LinkedList底层基于双链表
广泛上来说：ArrayList适合查询，LinkedList适合插入，但是如果获取的是第一个元素，或最后一个元素，LinkedList查询也很快,因为LinkedList中有两个属性分别记录了当前链表中的头结点和尾结点。
ArrayList实现了RandomAccess接口，以便在随机访问列表或顺序访问列表时提供良好的性能；而LinkedList没有实现该接口。

2.ArrayList和Vector
ArrayList同一时间允许多个线程进行访问，效率高、但是线程不安全，而Vector是线程安全的，但是效率低
ArrayList扩容是每次扩大到原来的1.5倍，Vector扩容是增加原来的两倍
ArrayList可使用集合工具类Collections的synchronizedList方法将线程不安全的ArrayList集合变为安全的，所以现在很少会使用到Vector