【Java容器源码】关于 ArrayList 的几个问题

1.说说对 ArrayList 的理解？

ArrayList 内容很多，可以先从总体架构入手，然后再以某个细节作为突破口，比如这样：ArrayList 底层数据结构是个数组，其 API 都做了一层对数组底层访问的封装，比如说 add 方法的过程是……（这里具体可以参考 ArrayList 源码分析中 add 的过程）。

另外，对 LinkedList 的理解也是同样套路。

2.扩容相关问题

1.ArrayList 无参数构造器构造，现在 add 一个值进去，此时数组的大小是多少，下一次扩容前最大可用大小是多少？

答：此处数组的大小是 1，下一次扩容前最大可用大小是 10，因为 ArrayList 第一次扩容时，是有默认值的，默认值是 10，在第一次 add 一个值进去时，数组的可用大小被扩容到 10 了。

2.如果连续往 list 里面新增值，增加到第 11 个的时候，数组的大小是多少？

答：这里实际问的是扩容的公式，当增加到 11 的时候，此时我们希望数组的大小为 11，但实际上数组的最大容量只有 10，不够了就需要扩容，扩容的公式是：oldCapacity + (oldCapacity>> 1)，oldCapacity 表示数组现有大小，目前场景计算公式是：10 + 10 ／2 = 15，然后我们发现 15 已经够用了，所以数组的大小会被扩容到 15。

3.数组初始化，被加入一个值后，如果使用 addAll 方法，一下子加入 15 个值，那么最终数组的大小是多少？

答：在上一题中已经计算出来数组在加入一个值后，实际大小是 1，最大可用大小是 10 ，现在需要一下子加入 15 个值，那我们期望数组的大小值就是 16，此时数组最大可用大小只有 10，明显不够，需要扩容，扩容后的大小是：10 + 10 ／2 = 15，这时候发现扩容后的大小仍然不到我们期望的值 16，这时候源码中有一种策略如下：

// newCapacity 本次扩容的大小，minCapacity 我们期望的数组最小大小
// 如果扩容后的值 < 我们的期望值，我们的期望值就等于本次扩容的大小
if (newCapacity - minCapacity < 0)
    newCapacity = minCapacity;

所以最终数组扩容后的大小为 16。具体源码请参考ArrayList 源码分析的grow方法。

4.现在有一个很大的数组需要拷贝，原数组大小是 5k，请问如何快速拷贝？

答：因为原数组比较大，如果新建新数组的时候，不指定数组大小的话，就会频繁扩容，频繁扩容就会有大量拷贝的工作，造成拷贝的性能低下，所以在新建数组时，指定新数组的大小为 5k 即可。

5.为什么说扩容会消耗性能？

答：扩容底层使用的是 System.arraycopy 方法，会把原数组的数据全部拷贝到新数组上，所以性能消耗比较严重。

6.源码扩容过程有什么值得借鉴的地方？

答：有两点：

• 扩容的思想值得学习，通过自动扩容的方式，让使用者不用关心底层数据结构的变化，封装得很好，1.5 倍的扩容速度，可以让扩容速度在前期缓慢上升，在后期增速较快，大部分工作中要求数组的值并不是很大，所以前期增长缓慢有利于节省资源，在后期增速较快时，也可快速扩容。
• 扩容过程中，有数组大小溢出的意识，比如要求扩容后的数组大小，不能小于 0，不能大于 Integer 的最大值。

3. 删除相关问题

1.有一个 ArrayList，数据是 2、3、3、3、4，中间有三个 3，现在通过 for (int i=0;i<list.size ();i++) 的方式，想把值是 3 的元素删除，请问可以删除干净么？最终删除的结果是什么，为什么？删除代码如下：

List<String> list = new ArrayList<String>() {{
  add("2");
  add("3");
  add("3");
  add("3");
  add("4");
}};
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
  if (list.get(i).equals("3")) {
    list.remove(i);
  }
}

答：不能删除干净，最终删除的结果是 2、3、4，有一个 3 删除不掉，原因我们看下图：
从图中我们可以看到，每次删除一个元素后，该元素后面的元素就会往前移动，而此时循环的 i 在不断地增长，最终会使每次删除 3 的后一个 3 被遗漏，导致删除不掉。

2.还是上面的 ArrayList 数组，我们通过增强 for 循环进行删除，可以么？

答：不可以，会报错。因为增强 for 循环过程其实调用的就是迭代器的 next () 方法，当你调用 list.remove () 方法进行删除时，modCount 的值会 +1，而这时候迭代器中的 expectedModCount 的值却没有变，导致在迭代器下次执行 next () 方法时，expectedModCount != modCount 就会报 ConcurrentModificationException 的错误。

3.还是上面的数组，如果删除时使用 Iterator.remove () 方法可以删除么，为什么？

答：可以的，因为 Iterator.remove () 方法在执行的过程中，会把最新的 modCount 赋值给 expectedModCount，这样在下次循环过程中，modCount 和 expectedModCount 两者就会相等。

4.以上三个问题对于 LinkedList 也是同样的结果么？

答：是的，虽然 LinkedList 底层结构是双向链表，但对于上述三个问题，结果和 ArrayList 是一致的。

4.与LinkedList对比的问题

1.ArrayList 和 LinkedList 有何不同？

答：可以先从底层数据结构开始说起，然后以某一个方法为突破口深入，比如：

• 最大的不同是两者底层的数据结构不同，ArrayList 底层是数组，LinkedList 底层是双向链表
• 两者的数据结构不同也导致了操作的 API 实现有所差异，拿新增实现来说，ArrayList 会先计算并决定是否扩容，然后把新增的数据直接赋值到数组上，而 LinkedList 仅仅只需要改变插入节点和其前后节点的指向位置关系即可。

2.ArrayList 和 LinkedList 应用场景有何不同？

答：

• ArrayList 更适合于快速的查找匹配，不适合频繁新增删除，像工作中经常会对元素进行匹配查询的场景比较合适
• LinkedList 更适合于经常新增和删除，对查询反而很少的场景。

3.ArrayList 和 LinkedList 两者有没有最大容量？

答：

• ArrayList 有最大容量的，为 Integer 的最大值，大于这个值 JVM 是不会为数组分配内存空间的
• LinkedList 底层是双向链表，理论上可以无限大。但源码中，LinkedList 实际大小（size）用的是 int 类型，这也说明了 LinkedList 不能超过 Integer 的最大值，不然会溢出。

4.ArrayList 和 LinkedList 是如何对 null 值进行处理的？

答：

• ArrayList 允许 null 值新增，也允许 null 值删除。删除 null 值时，是从头开始，找到第一值是 null 的元素删除
• LinkedList 新增删除时对 null 值没有特殊校验，是允许新增和删除的。

5.线程安全问题

1.ArrayList 和 LinedList 是线程安全的么，为什么？

答：

• 当两者作为非共享变量时，比如说仅仅是在方法里面的局部变量时，是没有线程安全问题的，只有当两者是共享变量时，才会有线程安全问题。
• 主要的问题点在于多线程环境下，所有线程任何时刻都可对数组和链表进行操作，这会导致值被覆盖，甚至混乱的情况。就像ArrayList 自身的 elementData、size、modConut 在进行各种操作时，都没有加锁，而且这些变量的类型并非是可见（volatile）的，所以如果多个线程对这些变量进行操作时，可能会有值被覆盖的情况。

如果有线程安全问题，在迭代的过程中，会频繁报 ConcurrentModificationException 的错误，意思是在我当前循环的过程中，数组或链表的结构被其它线程修改了

2.如何解决线程安全问题？

答：Java 源码中推荐使用 Collections#synchronizedList 进行解决，Collections#synchronizedList 的返回值是 List 的每个方法都加了 synchronized 锁，保证了在同一时刻，数组和链表只会被一个线程所修改，但是性能大大降低，具体实现源码：

public boolean add(E e) {
    synchronized (mutex) {// synchronized 是一种轻量锁，mutex 表示一个当前 SynchronizedList
        return c.add(e);
    }
}

另外，还可以采用 JUC 的 CopyOnWriteArrayList 并发 List 来解决。