《进大厂系列》系列-ArrayList

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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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posted @ 2020-01-09 09:54  敖丙  阅读(2532)  评论(31编辑  收藏