05 ArrayList LinkedList CopyOnWriteArrayList

Bertha 。 2022-11-25 00:58 122阅读 0赞

#### 1. ArrayList ####

*  基于数组实现，实现了 List 接口。（允许传入空值和重复元素）
 *  当添加元素数量大于数组容量时，通过1.5倍的扩容机制进行扩容。
 *  实现了 RandomAccess 接口，表明它具有随机访问的能力，RandomAccess 接口里其实什么内容都没有，它只是一个标识，ArrayList 能实现随机访问真正依靠的是基于数组实现的底层结构。
 *  新增和删除操作会造成数组元素的移动，时间复杂度为 O(n)。由于支持随机访问，所以get和set操作的效率很高，时间复杂度为 O(1)。所以 ArrayList 适用于查询较多，而插入和删除较少的场景。
 *  线程不安全。多线程环境下可以选择用 CopyOnWriteArrayList 。
 *  （实现了 java.io.Serializable 接口，意味着 ArrayList 支持序列化）
 *  （对ArrayList 进行遍历时，不推荐使用 foreach 循环遍历，因为 foreach 最终会被转换成迭代器遍历的形式，效率不如 for（int i=0；；）的遍历方式）

#### 2. ArrayList如何扩容？负载因子是1 ####

当new一个ArrayList时，如果不指定容量，那么初始容量为0，当对数组添加元素时，会默认分配10个容量。当容量用完后，会按照1.5倍扩容，扩容时会新建一个数组，容量是原本的1.5倍，将旧的数组中的元素添加到新的数组中，再将旧数组的引用指向新数组，就完成了扩容。

#### 3. LinkedList ####

*  基于双向链表实现，不仅实现了 List 接口，还实现了 Deque 接口。
 *  不支持随机访问，插入和删除操作的时间复杂度为 O(1)，查找操作的时间复杂度为 O(n)。（优先使用 foreach 来遍历）
 *  ArrayList 需要在尾部预留空间，LinkedList 不用。
 *  LinkedList 用在查询较少、插入删除较多的场景。
 *  LinkedList 也是线程不安全的。
 *  （多线程环境下可以选择用 ConcurrentLinkedQueue，非阻塞线程安全的队列，基于 CAS 实现的） 。
 *  （实现了 java.io.Serializable 接口，所以支持序列化）

#### 4. ArrayList和LinkedList的区别？实现原理 ####

*  ArrayList底层是动态数组；LinkedList底层是一个双向链表
 *  ArrayList可以随机访问元素；LinkedList不能随机访问元素，只能从头到尾依次访问。
 *  ArrayList在进行添加删除元素操作时，需要移动元素，效率很低；LinkedList在进行删除和添加元素时，只需要更改指针，效率较高。

#### 5. ArrayList和LinkList是线程安全的吗，有线程安全的ArrayList吗？ ####

都不是，Vector是线程安全的，内部的方法使用了synchronized关键字来同步。  
concurrent 并发包下的**CopyOnWriteArrayList**是线程安全的，底层数组使用volatile修饰，修改数组时加ReentrantLock锁，但是只能保证最终数据一致性，不能保证数据的实时一致性。

#### 6. CopyOnWriteArrayList是如何保证线程安全的？ ####

*  原理：CopyOnWriteArrayList底层有一个array数组，是被volatile修饰的，可以在多个线程之间保持可见性，读操作没有加锁，array可以被多个线程同时读。写操作的话，**在修改元素之前使用ReentrantLock进行加锁操作，然后将当前数组进行Copy，复制出一个新的数组，然后在新的数组里修改元素，修改完元素之后，再将原数组的引用指向新数组，最后释放锁。**
 *  过程：CopyOnWriteArrayList刚创建时，默认的大小为0，当向其插入一个元素时，将原数组复制到一个比原数组大1的新数组中，然后直接将插入的元素放置到新数组末尾，再修改array引用到新数组就可以，原来的数组就会被垃圾收集器回收。
 *  **为什么修改元素时要复制原数组去操作**？

1.  复制原数组再去操作，写操作在一个复制的数组上进行，读操作还是在原始数组上进行，就可以实现读写分离，互不影响。
2.  array属性是被volatile修饰的，将array指向一个新数组，其他线程就可以意识到这个修改，如果直接在原数组上进行修改的话，其他线程意识不到这个修改，读取的可能还是线程缓存中的数据。

*  **初始化为什么要设置数组大小为0呢？**  
    这是因为CopyOnWriteArrayList每次进行写操作时，都会复制原数组到新的数组中，实际占用的空间是原来的两倍，这样的空间开销，导致了CopyOnWriteArrayList不能像ArrayList那样初始化大小为10，不然太浪费空间了，而且CopyOnWriteArrayList主要用于读多写少的地方。
 *  **缺点**：写操作时内存占用变为两倍；进行读操作时，写操作的数据还未同步，会导致不能读取实时性的数据，只能保证数据的最终一致性，所以不适合实时性要求很高的场景。

#### 扩充知识点 ####

*  **ArrayList 扩充知识点**： 如果准备添加非常多的数据，那么通过for循环一步步添加时，每当碰到容量不足的情况就会进行一次1.5倍扩容，然后重新分配增量。为了重新分配的次数，可以先调用 ensureCapacity(要添加的数据大小) 方法，来让 ArrayList 进行对应的扩容，然后在添加数据，这样可以减少增量重新分配的次数。
 *  Java 提供的线程安全的队列（Queue） 有：
    
     *  非阻塞型的 ConcurrentLinkedQueue ：采用 CAS 实现。
     *  阻塞型的 BlockingQueue 。[阻塞队列][Link 1]

[Link 1]: https://blog.csdn.net/dl674756321/article/details/100155641