容器——2.Collection 子接口之 List

2.1. Arraylist 和 Vector 的区别?

• ArrayList 是 List 的主要实现类，底层使用 Object[ ]存储，适用于频繁的查找工作，线程不安全 ；
• Vector 是 List 的古老实现类，底层使用 Object[ ] 存储，线程安全的。

2.2. Arraylist 与 LinkedList 区别?

1. 是否保证线程安全： ArrayList 和 LinkedList 都是不同步的，也就是不保证线程安全；
2. 底层数据结构： Arraylist 底层使用的是 Object 数组；LinkedList 底层使用的是 双向链表 数据结构（JDK1.6 之前为循环链表，JDK1.7 取消了循环。注意双向链表和双向循环链表的区别，下面有介绍到！）
3. 插入和删除是否受元素位置的影响： ① ArrayList 采用数组存储，所以插入和删除元素的时间复杂度受元素位置的影响。 比如：执行add(E e)方法的时候， ArrayList 会默认在将指定的元素追加到此列表的末尾，这种情况时间复杂度就是 O(1)。但是如果要在指定位置 i 插入和删除元素的话（add(int index, E element)）时间复杂度就为 O(n-i)。因为在进行上述操作的时候集合中第 i 和第 i 个元素之后的(n-i)个元素都要执行向后位/向前移一位的操作。 ② LinkedList 采用链表存储，所以对于add(E e)方法的插入，删除元素时间复杂度不受元素位置的影响，近似 O(1)，如果是要在指定位置i插入和删除元素的话（(add(int index, E element)） 时间复杂度近似为o(n))因为需要先移动到指定位置再插入。
4. 是否支持快速随机访问： LinkedList 不支持高效的随机元素访问，而 ArrayList 支持。快速随机访问就是通过元素的序号快速获取元素对象(对应于get(int index)方法)。
5. 内存空间占用： ArrayList 的空 间浪费主要体现在在 list 列表的结尾会预留一定的容量空间，而 LinkedList 的空间花费则体现在它的每一个元素都需要消耗比 ArrayList 更多的空间（因为要存放直接后继和直接前驱以及数据）。

2.2.1. 补充内容:双向链表和双向循环链表

双向链表： 包含两个指针，一个 prev 指向前一个节点，一个 next 指向后一个节点。

另外推荐一篇把双向链表讲清楚的文章：https://juejin.im/post/5b5d1a9af265da0f47352f14

双向循环链表： 最后一个节点的 next 指向 head，而 head 的 prev 指向最后一个节点，构成一个环。

2.2.2. 补充内容:RandomAccess 接口

public interface RandomAccess {
}

查看源码我们发现实际上 RandomAccess 接口中什么都没有定义。所以，在我看来 RandomAccess 接口不过是一个标识罢了。标识什么？ 标识实现这个接口的类具有随机访问功能。

在 binarySearch（) 方法中，它要判断传入的 list 是否 RamdomAccess 的实例，如果是，调用indexedBinarySearch()方法，如果不是，那么调用iteratorBinarySearch()方法

public static <T>int binarySearch(List<? extends Comparable<? super T>> list, T key) {if (list instanceof RandomAccess || list.size()<BINARYSEARCH_THRESHOLD)return Collections.indexedBinarySearch(list, key);elsereturn Collections.iteratorBinarySearch(list, key);}

ArrayList 实现了 RandomAccess 接口， 而 LinkedList 没有实现。为什么呢？我觉得还是和底层数据结构有关！ArrayList 底层是数组，而 LinkedList 底层是链表。数组天然支持随机访问，时间复杂度为 O(1)，所以称为快速随机访问。链表需要遍历到特定位置才能访问特定位置的元素，时间复杂度为 O(n)，所以不支持快速随机访问。，ArrayList 实现了 RandomAccess 接口，就表明了他具有快速随机访问功能。 RandomAccess 接口只是标识，并不是说 ArrayList 实现 RandomAccess 接口才具有快速随机访问功能的！

2.3 ArrayList 的扩容机制

ArrayList 是基于数组实现的动态数组，它提供了一种可以动态增长和缩减的数组结构。在 ArrayList 中，当数组存储的元素个数达到上限时，会触发扩容操作，以保证其容量能够存储更多的元素。

ArrayList 扩容机制的主要过程：

1. 在添加元素时，首先会判断数组是否已满。如果已满，则需要进行扩容操作；
2. 扩容操作会创建一个新的大数组，并将原数组中的元素全部复制到新数组中；
3. 新数组的长度通常是原数组长度的 1.5 倍（可以通过源码中的 DEFAULT_CAPACITY_INCREMENT = 12 和 DEFAULT_CAPACITY = 10 来了解扩容因子）。如果指定了初始化容量，那么新数组的长度就是指定的容量大小；
4. 复制完元素后，会将指向原数组的引用更新为指向新数组的引用。

源码分析

private void grow(int minCapacity) {// 获取当前数组容量int oldCapacity = elementData.length;// 扩容因子，以 1.5 倍方式进行扩容int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);// 如果新容量小于 minCapacity，则使用 minCapacity 作为新容量if (newCapacity - minCapacity < 0)newCapacity = minCapacity;// 如果新容量超出了最大容量，则抛出 OutOfMemoryError 异常if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);// 复制旧数组中的元素到新数组中elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

由于每次扩容都需要重新进行数据复制，所以过于频繁的扩容操作会导致性能损失。为避免频繁的扩容操作，初始化 ArrayList 对象时可以指定其容量大小，或者使用 ensureCapacity(int minCapacity) 方法预先设置其容量大小，以提高效率。同时，在添加大量元素时，也可以使用 addAll(Collection<? extends E> c) 或 addAll(int index, Collection<? extends E> c) 方法，一次性添加多个元素，以减少扩容操作的次数。