ArrayList和LinkedList实现原理_arraylist转linkedlist

一、ArrayList实现原理

        ArrayList就是动态数组，ArrayList并不是线程安全的，允许 null 的存在，是有序的，初始容量大小为10，当超过容量后，会进行扩容，以原来容量的1.5倍来扩容，如之前的容量为10，下次扩容扩大到10 + 5，ArrayList的最大长度为 2^32 .当删除数组中间的元素，后面的元素都会向前移动。随着向ArrayList中不断添加元素，其容量也自动增长。自动增长会带来数据向新数组的重新拷贝，这种操作的代价是很高的，因此，如果可预知数据量的多少，可在构造ArrayList时指定其容量。在添加大量元素 前，应用程序也可以使用ensureCapacity操作来增加ArrayList实例的容量，这可以减少递增式再分配的数量。

        注意：注释是说构造一个容量大小为 10 的空的 list 集合，但构造函数了只是给 elementData 赋值了一个空的数组，其实是在第一次添加元素时容量扩大至 10 的。

二、LinkedList底层实现和原理

        LinkedList类是List接口的实现类，它是一个集合，可以根据索引来随机的访问集合中的元素，还实现了Deque接口，它还是一个队列，可以被当成双端队列来使用。虽然LinkedList是一个List集合，但是它的实现方式和ArrayList是完全不同的，ArrayList的底层是通过一个动态的Object[]数组来实现的，而LinkedList的底层是通过链表来实现的，因此它的随机访问速度是比较差的，但是它的删除，插入操作会很快。

实现接口

Serializable, Cloneable, Iterable<E>, Collection<E>, Deque<E>, List<E>, Queue<E>

源码解析：

        LinkedList是通过双向链表去实现的，既然是链表实现那么它的随机访问效率比ArrayList要低，顺序访问的效率要比较的高。每个节点都有一个前驱（之前前面节点的指针）和一个后继（指向后面节点的指针），效果如下图：

public class LinkedList<E>extends AbstractSequentialList<E>
    implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
    transient int size = 0;   //LinkedList中存放的元素个数

    transient Node<E> first;  //头节点
    
    transient Node<E> last;   //尾节点

    //构造方法，创建一个空的列表
    public LinkedList() {
    }

    //将一个指定的集合添加到LinkedList中，先完成初始化，在调用添加操作
    public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
        this();
        addAll(c);
    }
    。。。。。。
}

构造方法：

LinkedList()

LinkedList(Collection c)

        LinkedList没有长度的概念，所以不存在容量不足的问题，也不存在扩容的问题，因此不需要提供初始化大小的构造方法，因此值提供了两个方法，一个是无参构造方法，初始一个LinkedList对象，和将指定的集合元素转化为LinkedList构造方法。

添加方法：

public boolean add(E e) {
     linkLast(e);
     return true;
}
void linkLast(E e) {
     final Node<E> l = last;
     final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
     last = newNode;
     if (l == null)
         first = newNode;
     else
          l.next = newNode;
     size++;
     modCount++;
}

添加方法默认是添加到LinkedList的尾部。

删除方法：

        先循环遍历列表，找到item == o 的节点，在调用unlink()方法删除。

总结：

        LinkedList是一个功能很强大的类，可以被当作List集合，双端队列和栈来使用。LinkedList底层使用链表来保存集合中的元素，因此随机访问的性能较差，但是插入删除时性能非常的出色。

List实现类的使用场景：

• ArrayList，底层采用数组实现，如果需要遍历集合元素，应该使用随机访问的方式，对于LinkedList集合应该采用迭代器的方式
• 如果需要经常的插入。删除操作可以考虑使用LinkedList集合
• 如果有多个线程需要同时访问List集合中的元素，开发者可以考虑使用Collections将集合包装成线程安全的集合。

面试题：快速失败(fail-fast)和安全失败(fail-safe)了解吗？

        快速失败（fail—fast）：快速失败是Java集合的一种错误检测机制

        在用迭代器遍历一个集合对象时，如果线程A遍历过程中，线程B对集合对象的内容进行了修改（增加、删除、修改），则会抛出ConcurrentModificationException。

        原理：迭代器在遍历时直接访问集合中的内容，并且在遍历过程中使用一个modCount变量。集合在被遍历期间如果内容发生变化，就会改变modCount的值。每当迭代器使用hashNext/next遍历下一个元素之前，都会检测modCount变量是否为expectedmodCount值，是的话就返回遍历；否则抛出异常，终止遍历。

        注意：这里异常的抛出条件是检测到modCount！=expectedmodCount这个条件。如果集合发生变化时修改modCount值刚好又设置为了expectedmodCount值，则异常不会抛出。因此，不能依赖于这个异常是否抛出而进行并发操作的编程，这个异常只建议用于检测并发修改的bug。

        场景：java.util包下的集合类都是快速失败的，不能在多线程下发生并发修改（迭代过程中被修改），比如ArrayList类。

        安全失败（fail—safe）：采用安全失败机制的集合容器，在遍历时不是直接在集合内容上访问的，而是先复制原有集合内容，在拷贝的集合上进行遍历。

        原理：由于迭代时是对原集合的拷贝进行遍历，所以在遍历过程中对原集合所作的修改并不能被迭代器检测到，所以不会触发ConcurrentModificationException。

        缺点：基于拷贝内容的优点是避免了ConcurrentModificationException，但同样地，迭代器并不能访问到修改后的内容，即：迭代器遍历的是开始遍历那一刻拿到的集合拷贝，在遍历期间原集合发生的修改迭代器是不知道的。

        场景：java.util.concurrent包下的容器都是安全失败，可以在多线程下并发使用，并发修改，比如CopyOnWriteArrayList类。