Collection 子接口之 List

ArrayList 和 Vector 的区别?

1. 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 ；
2. Vector 是 List 的古老实现类，底层使用 Object[] 存储，线程安全的。

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如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）。

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);
 else
 return 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！ ArrayList 的扩容机制 先来看 add 方法

/**
 * 将指定的元素追加到此列表的末尾。
 */
public boolean add(E e) {
//添加元素之前，先调用ensureCapacityInternal方法
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
 //这里看到ArrayList添加元素的实质就相当于为数组赋值
    elementData[size++] = e;
 return true;
}

注意 ：JDK11 移除了 ensureCapacityInternal() 和 ensureExplicitCapacity() 方法 再来看看 ensureCapacityInternal() 方法 （JDK7）可以看到 add 方法 首先调用了ensureCapacityInternal(size + 1)

//得到最小扩容量
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
 if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
 // 获取默认的容量和传入参数的较大值
        minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }

    ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}

当 要 add 进第 1 个元素时，minCapacity 为 1，在 Math.max()方法比较后，minCapacity 为 10。 此处和后续 JDK8 代码格式化略有不同，核心代码基本一样。 ensureExplicitCapacity() 方法 如果调用 ensureCapacityInternal() 方法就一定会进入（执行）这个方法，下面我们来研究一下这个方法的源码！

//判断是否需要扩容
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;

 // overflow-conscious code
 if (minCapacity - elementData.length > 0)
 //调用grow方法进行扩容，调用此方法代表已经开始扩容了
        grow(minCapacity);
}

我们来仔细分析一下：

1. 当我们要 add 进第 1 个元素到 ArrayList 时，elementData.length 为 0 （因为还是一个空的 list），因为执行了 ensureCapacityInternal() 方法 ，所以 minCapacity 此时为 10。此时，minCapacity - elementData.length > 0成立，所以会进入 grow(minCapacity) 方法。
2. 当 add 第 2 个元素时，minCapacity 为 2，此时 e lementData.length(容量)在添加第一个元素后扩容成 10 了。此时，minCapacity - elementData.length > 0 不成立，所以不会进入 （执行）grow(minCapacity) 方法。
3. 添加第 3、4···到第 10 个元素时，依然不会执行 grow 方法，数组容量都为 10。

直到添加第 11 个元素，minCapacity(为 11)比 elementData.length（为 10）要大。进入 grow 方法进行扩容。 grow() 方法

/**
 * 要分配的最大数组大小
 */
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

/**
 * ArrayList扩容的核心方法。
 */
private void grow(int minCapacity) {
 // oldCapacity为旧容量，newCapacity为新容量
    int oldCapacity = elementData.length;
 //将oldCapacity 右移一位，其效果相当于oldCapacity /2，
 //我们知道位运算的速度远远快于整除运算，整句运算式的结果就是将新容量更新为旧容量的1.5倍，
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
 //然后检查新容量是否大于最小需要容量，若还是小于最小需要容量，那么就把最小需要容量当作数组的新容量，
 if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
 // 如果新容量大于 MAX_ARRAY_SIZE,进入(执行) `hugeCapacity()` 方法来比较 minCapacity 和 MAX_ARRAY_SIZE，
 //如果minCapacity大于最大容量，则新容量则为`Integer.MAX_VALUE`，否则，新容量大小则为 MAX_ARRAY_SIZE 即为 `Integer.MAX_VALUE - 8`。
 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);
}

int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1),所以 ArrayList 每次扩容之后容量都会变为原来的 1.5 倍左右（oldCapacity 为偶数就是 1.5 倍，否则是 1.5 倍左右）！奇偶不同，比如 ：10+10/2 = 15, 33+33/2=49。如果是奇数的话会丢掉小数. ">>"（移位运算符）：>>1 右移一位相当于除 2，右移 n 位相当于除以 2 的 n 次方。这里 oldCapacity 明显右移了 1 位所以相当于 oldCapacity /2。对于大数据的 2 进制运算,位移运算符比那些普通运算符的运算要快很多,因为程序仅仅移动一下而已,不去计算,这样提高了效率,节省了资源 我们再来通过例子探究一下grow() 方法 ：

1. 当 add 第 1 个元素时，oldCapacity 为 0，经比较后第一个 if 判断成立，newCapacity = minCapacity(为 10)。但是第二个 if 判断不会成立，即 newCapacity 不比 MAX_ARRAY_SIZE 大，则不会进入 hugeCapacity 方法。数组容量为 10，add 方法中 return true,size 增为 1。
2. 当 add 第 11 个元素进入 grow 方法时，newCapacity 为 15，比 minCapacity（为 11）大，第一个 if 判断不成立。新容量没有大于数组最大 size，不会进入 hugeCapacity 方法。数组容量扩为 15，add 方法中 return true,size 增为 11。
3. 以此类推······

这里补充一点比较重要，但是容易被忽视掉的知识点：

1. java 中的 length属性是针对数组说的,比如说你声明了一个数组,想知道这个数组的长度则用到了 length 这个属性.
2. java 中的 length() 方法是针对字符串说的,如果想看这个字符串的长度则用到 length() 这个方法.
3. java 中的 size() 方法是针对泛型集合说的,如果想看这个泛型有多少个元素,就调用此方法来查看!

hugeCapacity() 方法 从上面 grow() 方法源码我们知道：如果新容量大于 MAX_ARRAY_SIZE,进入(执行) hugeCapacity() 方法来比较 minCapacity 和 MAX_ARRAY_SIZE，如果 minCapacity 大于最大容量，则新容量则为Integer.MAX_VALUE，否则，新容量大小则为 MAX_ARRAY_SIZE 即为 Integer.MAX_VALUE - 8。

private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
 if (minCapacity < 0) // overflow
 throw new OutOfMemoryError();
 //对minCapacity和MAX_ARRAY_SIZE进行比较
 //若minCapacity大，将Integer.MAX_VALUE作为新数组的大小
 //若MAX_ARRAY_SIZE大，将MAX_ARRAY_SIZE作为新数组的大小
 //MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
 return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
        Integer.MAX_VALUE :
        MAX_ARRAY_SIZE;
}