链表|ArrayList和LinkedList 数据结构|java

1 ArrayList和LinkedList简介
【链表|ArrayList和LinkedList】ArrayList底层是数组，查询快、增删慢；LinkedList底层是链表，查询慢、增删快；
ArrayList底层是数组，存储空间是连续的，可以根据寻址方式直接找到对应的元素位置，时间复杂度是O(1)。
举例来说：在一条街上，第一家店是001号，那么005号在第五间：

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但LinkedList底层是链表，存储空间不连续，需要通过指针关联，在查询过程中需要不断跳转新的地址：

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这也是ArrayList比LinkedList查询快的原因。
Java中的原生的数组是不能扩容的，如果初始化时申请了5个元素空间，那么就最多能存5个元素。ArrayList底层也是数组，但是支持动态扩容，所以ArrayList是动态数组：

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假设原始容量为5，那么插入新元素时就会扩容，元素拷贝等耗时操作，这就是ArrayList增删慢的原因。但是ArrayList增删元素必然会惩罚扩容和拷贝吗？

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插入同理，尾部插入时不涉及元素拷贝。
LinkedList中，理想状态下，链表的增删操作时间复杂度为O(1):

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2 问题
2.1 ArrayList如何添加元素？

扩容：往ArryList中添加元素的时候，会首先检查是否需要扩容。当size == elementData.length时，表示数据数量已经超过了数组容量，需要扩容，扩容后的数组的长度为原来数组长度的1.5倍；
复制：当扩容检查完毕后，如果添加的元素不在数组尾部，则将索引后面的元素通过System.arraycopy往后移动一位；
赋值：将值赋给数组中的对应索引，并将size++；

如果此时ArrayList的长度为size，在多线程运行的情况下，线程A想要将元素存放在索引为index的位置上，但此时CPU暂停线程A的调度，线程B得到运行的机会，也是向index的位置上添加元素。之后线程A和线程B都继续运行，都会增加size的值，这样数组的长度就变成了size + 2，这样就线程不安全了。
2.2 ArrayList是否能无限添加元素？会抛出异常吗？可以无限添加，不会抛出异常。ArrayList会自动为其扩容，扩容后的大小是int newCapacity = (oldCapacity * 3) / 2 + 1。
2.3 ArrayList和LinkedList的时间复杂度？ ArrayList是线性表（数组）：

add(E e)：在数组尾部添加元素，时间复杂度为O(1)；
add(int index, E element)：在索引为index的位置添加元素，需要后面的元素后移，时间复杂度为O(n)；
remove(int index)/remove(Object o)：删除元素，需要后面的元素后移，时间复杂度为O(n)；
set(int index, E element)：修改元素，时间复杂度为O(1)；
get(int index)：获取索引为index的元素，时间复杂度为O(1)；

LinkedList是链表操作：

add(E e)：在数组尾部添加元素，时间复杂度为O(1)；
add(int index, E element)：在索引为index的位置添加元素，指针指向操作，时间复杂度为O(1)；
remove(int index)/remove(Object o)：删除元素，指针指向操作，时间复杂度为O(1)
set(int index, E element)：修改元素，时间复杂度为O(n)；
get(int index)：获取索引为index的元素，时间复杂度为O(n)；

2.4 ArrayList线程安全吗？为什么？如何解决多线程问题？ ArrayList线程不安全，因为相关的操作方法没有做同步，操作没有原子性，在多线程环境下会出现变量的读写异常。比如size++是非原子性的，如果两个线程同时执行，两个线程分别读了size的值，再分别执行size++，最后size的值变成了size + 1而不是size + 2。
多线程环境下使用CopyOnWriteArrayList保证线程安全，活着使用Collections.synchronizedList(list)，或者给多线程的操作加锁，或者使用Vector。
2.5 ArrayList与Vector区别？ArrayList效率高于Vector吗？ Vector是线程安全的ArrayList，Vector的方法使用synchronized修饰。

public class Vector extends AbstractList implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {public synchronized boolean add(E e) { modCount++; ensureCapacityHelper(elementCount + 1); elementData[elementCount++] = e; return true; } public void add(int index, E element) { insertElementAt(element, index); }public synchronized void insertElementAt(E obj, int index) { modCount++; if (index > elementCount) { throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index + " > " + elementCount); } ensureCapacityHelper(elementCount + 1); System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, elementCount - index); elementData[index] = obj; elementCount++; }public synchronized E remove(int index) { modCount++; if (index >= elementCount) throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index); E oldValue = https://www.it610.com/article/elementData(index); int numMoved = elementCount - index - 1; if (numMoved> 0) System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); elementData[--elementCount] = null; // Let gc do its workreturn oldValue; }public boolean remove(Object o) { return removeElement(o); }public synchronized boolean removeElement(Object obj) { modCount++; int i = indexOf(obj); if (i >= 0) { removeElementAt(i); return true; } return false; }public synchronized E set(int index, E element) { if (index >= elementCount) throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index); E oldValue = https://www.it610.com/article/elementData(index); elementData[index] = element; return oldValue; }public synchronized E get(int index) { if (index>= elementCount) throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index); return elementData(index); }}

理论上来说，单线程下Vector的效率是低于ArrayList的，因为synchronized加锁必定会影响效率。然而在实际的情况，两者的效率相差无几，这是因为JVM对synchronized进行了优化。
参考
ArrayList和LinkedList区别？
【Java】ArrayList、LinkedList原理及相关面试题
ArrayList和LinkedList的?试题
【Java】ArrayList、LinkedList原理及相关面试题