引言
ArrayList集合類在面試、開發中飽受關注，用起來也是真香。本篇文章有針對性的歸納整理ArrayList的常見問題，如有遺漏，歡迎留言或評論。
面試開始
小夥子，說下ArrayList的底層數據結構吧？
ArrayList的底層數據結構就是一個數組，數組元素的類型爲Object類型，對ArrayList的所有操作底層都是基於該數組的。
程序清單1： ArrayList的底層數組
transient Object[] elementData;
由源碼可以看出，底層是個Object類型的數組，並且是用關鍵字transient修飾的，表示數組不可被序列化。
那結合剛剛說的底層數組實現說下ArrayList有哪些優缺點？
- ArrayList的優點
- ArrayList底層以數組實現，是一種隨機訪問模式，再加上它實現了RandomAccess接口，因此查找也就是get的時候非常快。
- ArrayList在順序添加一個元素的時候非常方便，只是往數組裏面添加了一個元素而已。
- 根據下標遍歷、訪問元素，效率高。
- 可以自動擴容，默認爲每次擴容爲原來的1.5倍。
- ArrayList的缺點
- 插入和刪除元素的效率較低。
- 根據元素下標查找元素需要遍歷整個元素數組，效率不高。
- 線程不安全。
好，剛剛你有提到擴容，可以說下ArrayList的擴容機制嗎？
主要從構造函數和add()方法擴容兩個層面進行分析。
程序清單2： ArrayList的構造函數源碼
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}
由上述源碼可發現，當用無參構造初始化ArrayList時，默認初始化爲一個空的數組。
程序清單3： ArrayList的擴容源碼
public boolean add(E e) {
modCount++;
add(e, elementData, size);
return true;
}
private void add(E e, Object[] elementData, int s) {
if (s == elementData.length)
elementData = grow();
elementData[s] = e;
size = s + 1;
}
private Object[] grow() {
return grow(size + 1);
}
/* 擴容代碼 */
private Object[] grow(int minCapacity) {
/* 集合擴容完成後，需要將舊集合中的元素全部複製到新集合中 */
return elementData = Arrays.copyOf(elementData,
newCapacity(minCapacity));
}
/* 新的容量 */
private int newCapacity(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;
/* 擴容爲1.5倍 */
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
if (newCapacity - minCapacity <= 0) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
/* 返回默認大小（10）和擴容後的大小的最大值 */
return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
if (minCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
return minCapacity;
}
return (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE <= 0)
? newCapacity
: hugeCapacity(minCapacity);
}
由上述源碼可發現，當添加元素時每次都會校驗數組大小。當初始化一個空的集合時，第一次add元素時集合的大小會被初始化爲10。然後隨着集合元素不斷增加，當第11個元素插入時，這個時候集合需要擴容，擴容後的容量就是10+10>>1=15。擴容完成後，需要將員集合的元素複製到新的集合中。
注意：根據以上源碼分析可以知道，ArrayList每次擴容都會在堆內存裏開闢一個新的集合空間，將舊的集合中的所有元素都拷貝到新的集合中，舊的集合等待JVM回收。實際上這種不斷複製需要內存和時間開銷，所以最好在ArrayList初始化的時候就指定容量，並儘量保證之後不會擴容。
ArrayList是線程安全的麼？爲什麼？
ArrayList是線程不安全的。體現在add()方法和迭代器裏，具體的這裏將結合源碼說明。
來呀，先給國師上源碼：
程序清單4： ArrayList的add()源碼
public boolean add(E e) {
modCount++;
add(e, elementData, size);
return true;
}
private void add(E e, Object[] elementData, int s) {
if (s == elementData.length)
elementData = grow();
elementData[s] = e;
size = s + 1;
}
注意看modCount++（該成員變量記錄着ArrayList的修改次數）這裏，我們知道自增、自減操作都是非原子操作，併發條件下必然有安全性問題。
add(e, elementData, size)這個方法的作用就是將當前的新元素加到列表後面，ArrayList底層數組的大小是否滿足，如果size 長度等於底層數組的長度，那麼就要對這個數組進行擴容。注意看，這個方法是沒有任何的線程安全性保障的，假設現在ArrayList只剩一個元素可以添加了，此時線程1判斷無需擴容進行正常添加操作；當添加尚未完成時，線程2也進入到這裏，進行判斷，也是返回還剩一個元素可以添加（但實際上這個位置已經被線程1佔用了），此時線程2操作會報數組越界異常:ArrayIndexOutOfBoundsException。
程序清單5： ArrayList的迭代器源碼
public void remove() {
if (lastRet < 0)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();
try {
SubList.this.remove(lastRet);
cursor = lastRet;
lastRet = -1;
expectedModCount = root.modCount;
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
final void checkForComodification() {
if (root.modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
注意看checkForComodification()方法的實現，會對ArrayList的modCount參數（該成員變量記錄着ArrayList的修改次數）進行判斷，如果實際修改次數和預期修改次數expectedModCount不一致（併發條件下會出現），則會拋出併發修改異常ConcurrentModificationException。
怎樣讓ArrayList成爲線程安全的呢？
有兩種方案：
- 使用
synchronized關鍵字 - 創建ArrayList對象的時候採用Collections類中的靜態方法
synchronizedList(new ArrayList<>())
ArrayList、Vector和LinkedList的區別？
| 數據結構 | 線程安全性 | 增刪改查的效率 | |
|---|---|---|---|
| ArrayList | 數組 | 線程不安全 | 查詢快，增刪慢（在末尾增刪除外） |
| LinkedList | 雙向鏈表 | 線程不安全 | 查詢慢，增刪快 |
| Vector | 數組 | 線程安全 | 查詢快，增刪慢（在末尾增刪除外） |
面試結束
好的，小夥子表現不錯，對ArrayList的掌握較好，下輪面試再見！悄悄給你透露一下哦，下一輪面試官喜歡考察
HashSet，回去好好備戰!
好嘞，謝謝面試官的提醒，下一回合我也會再接再厲。