前言
在一開始基礎面的時候，很多面試官可能會問List集合一些基礎知識，比如：
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ArrayList默認大小是多少，是如何擴容的？
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ArrayList和LinkedList的底層數據結構是什麼？
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ArrayList和LinkedList的區別？分別用在什麼場景？
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為什麼說ArrayList查詢快而增刪慢？
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Arrays.asList方法后的List可以擴容嗎？
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modCount在非線程安全集合中的作用？
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ArrayList和LinkedList的區別、優缺點以及應用場景
ArrayList(1.8)
ArrayList是由動態再分配的Object[]數組作為底層結構，可設置null值，是非線程安全的。
ArrayList成員屬性
//默認的空的數組，在構造方法初始化一個空數組的時候使用
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
//使用默認size大小的空數組實例
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
//ArrayList底層存儲數據就是通過數組的形式，ArrayList長度就是數組的長度。
transient Object[] elementData;
//arrayList的大小
private int size;
那麼ArrayList底層數據結構是什麼呢？
很明顯，使用動態再分配的Object[]數組作為ArrayList底層數據結構了，既然是使用數組實現的，那麼數組特點就能說明為什麼ArrayList查詢快而增刪慢？
因為數組是根據下標查詢不需要比較，查詢方式為：首地址＋（元素長度＊下標），基於這個位置讀取相應的字節數就可以了，所以非常快；但是增刪會帶來元素的移動，增加數據會向後移動，刪除數據會向前移動，導致其效率比較低。
ArrayList的構造方法
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帶有初始化容量的構造方法
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無參構造方法
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參數為Collection類型的構造器
//帶有初始化容量的構造方法
public ArrayList(int initialCapacity) {
//參數大於0，elementData初始化為initialCapacity大小的數組
if (initialCapacity > 0) {
this.elementData = new Object[initialCapacity];
//參數小於0，elementData初始化為空數組
} else if (initialCapacity == 0) {
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
//參數小於0，拋出異常
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}
//無參構造方法
public ArrayList() {
//在1.7以後的版本，先構造方法中將elementData初始化為空數組DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
//當調用add方法添加第一個元素的時候，會進行擴容,擴容至大小為DEFAULT_CAPACITY=10
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
那麼ArrayList默認大小是多少？
從無參構造方法中可以看出，一開始默認為一個空的實例elementData為上面的DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA，當添加第一個元素的時候會進行擴容，擴容大小就是上面的默認容量DEFAULT_CAPACITY為10
ArrayList的Add方法
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boolean add(E)：默認直接在末尾添加元素
-
void add(int，E)：在特定位置添加元素，也就是插入元素
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boolean addAll(Collection<? extends E> c)：添加集合
-
boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c)：在指定位置后添加集合
boolean add(E)
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
通過ensureCapacityInternal方法為確定容量大小方法。在添加元素之前需要確定數組是否能容納下，size是數組中元素個數，添加一個元素size+1。然後再數組末尾添加元素。
其中，ensureCapacityInternal方法包含了ArrayList擴容機制grow方法，當前容量無法容納下數據時1.5倍擴容，進行：
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
//判斷當前的數組是否為默認設置的空數據，是否取出最小容量
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
//包括擴容機制grow方法
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
//記錄著集合的修改次數，也就每次add或者remove它的值都會加1
modCount++;
//當前容量容納不下數據時（下標超過時），ArrayList擴容機制：擴容原來的1.5倍
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;
//ArrayList擴容機制：擴容原來的1.5倍
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
ArrayList是如何擴容的？
根據當前的容量容納不下新增數據時，ArrayList會調用grow進行擴容：
//相當於int newCapacity = oldCapacity + oldCapacity/2
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
擴容原來的1.5倍。
void add(int，E)
public void add(int index, E element) {
//檢查index也就是插入的位置是否合理,是否存在數組越界
rangeCheckForAdd(index);
//機制和boolean add(E)方法一樣
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}
ArrayList的刪除方法
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remove(int)：通過刪除指定位置上的元素，
-
remove(Object)：根據元素進行刪除，
-
clear()：將elementData中每個元素都賦值為null，等待垃圾回收將這個給回收掉，
-
removeAll(collection c)：批量刪除。
remove(int)
public E remove(int index) {
//檢查下標是否超出數組長度，造成數組越界
rangeCheck(index);
modCount++;
E oldValue = elementData(index);
//算出數組需要移動的元素數量
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
//數組數據遷移，這樣會導致刪除數據時，效率會慢
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
//將--size上的位置賦值為null，讓gc(垃圾回收機制)更快的回收它。
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
//返回刪除的元素
return oldValue;
}
為什麼說ArrayList刪除元素效率低？
因為刪除數據需要將數據後面的元素數據遷移到新增位置的後面，這樣導致性能下降很多，效率低。
remove(Object)
public boolean remove(Object o) {
//如果需要刪除數據為null時，會讓數據重新排序，將null數據遷移到數組尾端
if (o == null) {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (elementData[index] == null) {
//刪除數據，並遷移數據
fastRemove(index);
return true;
}
} else {
//循環刪除數組中object對象的值，也需要數據遷移
for (int index = 0; index < size; index++)
if (o.equals(elementData[index])) {
fastRemove(index);
return true;
}
}
return false;
}
可以看出，arrayList是可以存放null值。
LinkedList(1.8)
LinkedList是一個繼承於AbstractSequentialList的雙向鏈表。它也可以被當做堆棧、隊列或雙端隊列進行使用，而且LinkedList也為非線程安全， jdk1.6使用的是一個帶有 header節頭結點的雙向循環鏈表， 頭結點不存儲實際數據 ，在1.6之後，就變更使用兩個節點first、last指向首尾節點。
LinkedList的主要屬性
//鏈表節點的個數
transient int size = 0;
//鏈表首節點
transient Node<E> first;
//鏈表尾節點
transient Node<E> last;
//Node節點內部類定義
private static class Node<E> {
E item;
Node<E> next;
Node<E> prev;
Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}
一旦變量被transient修飾，變量將不再是對象持久化的一部分，該變量內容在序列化后無法獲得訪問
LinkedList構造方法
無參構造函數， 默認構造方法聲明也不做，first和last節點會被默認初始化為null。
*
/** Constructs an empty list. \*/*
public LinkedList() {}
LinkedList插入
由於LinkedList由雙向鏈表作為底層數據結構，因此其插入無非由三大種
可以從源碼看出，在鏈表首尾添加元素很高效，在中間添加元素比較低效，首先要找到插入位置的節點，在修改前後節點的指針。
尾插-add(E e)和addLast(E e)
//常用的添加元素方法
public boolean add(E e) {
//使用尾插法
linkLast(e);
return true;
}
//在鏈表尾部添加元素
public void addLast(E e) {
linkLast(e);
}
//在鏈表尾端添加元素
void linkLast(E e) {
//尾節點
final Node<E> l = last;
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
last = newNode;
//判斷是否是第一個添加的元素
//如果是將新節點賦值給last
//如果不是把原首節點的prev設置為新節點
if (l == null)
first = newNode;
else
l.next = newNode;
size++;
//將集合修改次數加1
modCount++;
}
頭插-addFirst(E e)
public void addFirst(E e) {
//在鏈表頭插入指定元素
linkFirst(e);
}
private void linkFirst(E e) {
//獲取頭部元素,首節點
final Node<E> f = first;
final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
first = newNode;
//鏈表頭部為空，（也就是鏈表為空）
//插入元素為首節點元素
// 否則就更新原來的頭元素的prev為新元素的地址引用
if (f == null)
last = newNode;
else
f.prev = newNode;
//
size++;
modCount++;
}
中插-add(int index, E element)
當index不為首尾的的時候，實際就在鏈表中間插入元素。
// 作用：在指定位置添加元素
public void add(int index, E element) {
// 檢查插入位置的索引的合理性
checkPositionIndex(index);
if (index == size)
// 插入的情況是尾部插入的情況：調用linkLast（）。
linkLast(element);
else
// 插入的情況是非尾部插入的情況（中間插入）：linkBefore
linkBefore(element, node(index));
}
private void checkPositionIndex(int index) {
if (!isPositionIndex(index))
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
private boolean isPositionIndex(int index) {
return index >= 0 && index <= size;
}
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
// assert succ != null;
final Node<E> pred = succ.prev; // 得到插入位置元素的前繼節點
final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ); // 創建新節點，其前繼節點是succ的前節點，後接點是succ節點
succ.prev = newNode; // 更新插入位置（succ）的前置節點為新節點
if (pred == null)
// 如果pred為null，說明該節點插入在頭節點之前，要重置first頭節點
first = newNode;
else
// 如果pred不為null，那麼直接將pred的後繼指針指向newNode即可
pred.next = newNode;
size++;
modCount++;
}
LinkedList 刪除
刪除和插入一樣，其實本質也是只有三大種方式，
在首尾節點刪除很高效，刪除中間元素比較低效要先找到節點位置，再修改前後指針指引。
刪除中間節點-remove(int index)和remove(Object o)
remove(int index)和remove(Object o)都是使用刪除指定節點的unlink刪除元素
public boolean remove(Object o) {
//因為LinkedList允許存在null，所以需要進行null判斷
if (o == null) {
//從首節點開始遍歷
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (x.item == null) {
//調用unlink方法刪除指定節點
unlink(x);
return true;
}
}
} else {
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (o.equals(x.item)) {
unlink(x);
return true;
}
}
}
return false;
}
//刪除指定位置的節點，其實和上面的方法差不多
//通過node方法獲得指定位置的節點，再通過unlink方法刪除
public E remove(int index) {
checkElementIndex(index);
return unlink(node(index));
}
//刪除指定節點
E unlink(Node<E> x) {
//獲取x節點的元素，以及它上一個節點，和下一個節點
final E element = x.item;
final Node<E> next = x.next;
final Node<E> prev = x.prev;
//如果x的上一個節點為null，說明是首節點，將x的下一個節點設置為新的首節點
//否則將x的上一節點設置為next，將x的上一節點設為null
if (prev == null) {
first = next;
} else {
prev.next = next;
x.prev = null;
}
//如果x的下一節點為null，說明是尾節點，將x的上一節點設置新的尾節點
//否則將x的上一節點設置x的上一節點，將x的下一節點設為null
if (next == null) {
last = prev;
} else {
next.prev = prev;
x.next = null;
}
//將x節點的元素值設為null，等待垃圾收集器收集
x.item = null;
//鏈表節點個數減1
size--;
//將集合修改次數加1
modCount++;
//返回刪除節點的元素值
return element;
}
刪除首節點-removeFirst()
//刪除首節點
public E remove() {
return removeFirst();
}
//刪除首節點
public E removeFirst() {
final Node<E> f = first;
//如果首節點為null，說明是空鏈表，拋出異常
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkFirst(f);
}
//刪除首節點
private E unlinkFirst(Node<E> f) {
//首節點的元素值
final E element = f.item;
//首節點的下一節點
final Node<E> next = f.next;
//將首節點的元素值和下一節點設為null，等待垃圾收集器收集
f.item = null;
f.next = null; // help GC
//將next設置為新的首節點
first = next;
//如果next為null，說明說明鏈表中只有一個節點，把last也設為null
//否則把next的上一節點設為null
if (next == null)
last = null;
else
next.prev = null;
//鏈表節點個數減1
size--;
//將集合修改次數加1
modCount++;
//返回刪除節點的元素值
return element;
}
刪除尾節點-removeLast()
//刪除尾節點
public E removeLast() {
final Node<E> l = last;
//如果首節點為null，說明是空鏈表，拋出異常
if (l == null)
throw new NoSuchElementException();
return unlinkLast(l);
}
private E unlinkLast(Node<E> l) {
//尾節點的元素值
final E element = l.item;
//尾節點的上一節點
final Node<E> prev = l.prev;
//將尾節點的元素值和上一節點設為null，等待垃圾收集器收集
l.item = null;
l.prev = null; // help GC
//將prev設置新的尾節點
last = prev;
//如果prev為null，說明說明鏈表中只有一個節點，把first也設為null
//否則把prev的下一節點設為null
if (prev == null)
first = null;
else
prev.next = null;
//鏈表節點個數減1
size--;
//將集合修改次數加1
modCount++;
//返回刪除節點的元素值
return element;
}
其他方法也是類似的，比如查詢方法 LinkedList提供了get、getFirst、getLast等方法獲取節點元素值。
modCount屬性的作用？
modCount屬性代表為結構性修改（ 改變list的size大小、以其他方式改變他導致正在進行迭代時出現錯誤的結果）的次數，該屬性被Iterator以及ListIterator的實現類所使用，且很多非線程安全使用modCount屬性。
初始化迭代器時會給這個modCount賦值，如果在遍歷的過程中，一旦發現這個對象的modCount和迭代器存儲的modCount不一樣，Iterator或者ListIterator 將拋出ConcurrentModificationException異常，
這是jdk在面對迭代遍歷的時候為了避免不確定性而採取的 fail-fast（快速失敗）原則：
在線程不安全的集合中，如果使用迭代器的過程中，發現集合被修改，會拋出ConcurrentModificationExceptions錯誤，這就是fail-fast機制。對集合進行結構性修改時，modCount都會增加，在初始化迭代器時，modCount的值會賦給expectedModCount，在迭代的過程中，只要modCount改變了，int expectedModCount = modCount等式就不成立了，迭代器檢測到這一點，就會拋出錯誤：urrentModificationExceptions。
總結
ArrayList和LinkedList的區別、優缺點以及應用場景
區別：
-
ArrayList是實現了基於動態數組的數據結構，LinkedList是基於鏈表結構。
-
對於隨機訪問的get和set方法查詢元素，ArrayList要優於LinkedList，因為LinkedList循環鏈表尋找元素。
-
對於新增和刪除操作add和remove，LinkedList比較高效，因為ArrayList要移動數據。
優缺點：
-
對ArrayList和LinkedList而言，在末尾增加一個元素所花的開銷都是固定的。對ArrayList而言，主要是在內部數組中增加一項，指向所添加的元素，偶爾可能會導致對數組重新進行分配；而對LinkedList而言，這個開銷是 統一的，分配一個內部Entry對象。
-
在ArrayList集合中添加或者刪除一個元素時，當前的列表移動元素後面所有的元素都會被移動。而LinkedList集合中添加或者刪除一個元素的開銷是固定的。
-
LinkedList集合不支持 高效的隨機隨機訪問（RandomAccess），因為可能產生二次項的行為。
-
ArrayList的空間浪費主要體現在在list列表的結尾預留一定的容量空間，而LinkedList的空間花費則體現在它的每一個元素都需要消耗相當的空間
應用場景:
ArrayList使用在查詢比較多，但是插入和刪除比較少的情況，而LinkedList用在查詢比較少而插入刪除比較多的情況
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