List

List

List是Java中的一个接口,常用的实现类有ArrayList和LinkedList

ArrayList

ArrayList的底层结构是数组

  • Java本身就有数组了,为什么要用ArrayList?

Java原生的数组在使用的时候必须要为它创建大小,而ArrayList不用。在日常开发中,通常我们是不知道要给数组分配多大的容量,如果数组的大小指定多了,浪费内存;如果数组的大小指定少了,装不下。而ArrayList底层是实现了动态扩容的。

  • ArrayList怎么扩容?一次扩容多少?

当我们new一个ArrayList的时候,默认会创建一个空的Object数组,大小为0。当我们第一次add()添加数据的时候,会给这个数组初始化一个大小,这个大小默认值为10。使用ArrayList在每一次add添加数据的时候,它都会先去计算这个数组空间是否足够,如果空间足够那就会直接追加上去;如果空间不够就会扩容。在源码中有一个grow方法,每一次扩容是扩为原来的1.5倍。空间扩容完成后,会调用System.arraycopy来对数组进行拷贝。

  • 为什么日常开发中ArrayList用得最多?

这是由底层的数据结构来决定的,在日常开发中,遍历的需求比增删要多,即便是增删往往也是在List的尾部添加数据,在尾部添加数据ArrayList的时间复杂度和LinkedList一样也是O(1)

  • 线程安全的List有哪些?

有Vector;还可以用Collections.synchronizedList来包装ArrayList;还有java.util.concurrent包下的CopyOnWriteArrayList。

LinkedList

LinkedList的底层结构是链表,增删快(不用复制数组),查询慢()

Vector

  • Vector和ArrayList的区别?

Vector的底层结构也是数组,相对于ArrayList,Vector是线程安全的(所以Vector效率更低,类似StringBuffer和StringBuilder的区别)。Vector在扩容的时候直接扩容为原来的两倍(占空间多)。

CopyOnWriteArrayList

copy-on-write(cow):读时共享,写时复制策略。

Linux在最早的时候父进程fork出子进程是子进程复制父进程的整个PCB(除了PID,PID都是从操作系统中获取),fork完成后父进程和子进程有相同的数据段和代码段(但实际数据不一样,因为数据是由虚拟地址指向真实的物理地址,子进程只复制了虚拟地址,进程间的虚拟地址是独立的,所以指向的物理地址肯定不相同)。

当使用了cow策略,fork后不再整个复制父进程的PCB给子进程,而是内核把父进程和子进程对父进程PCB的访问权限设置为只读,如果父子进程中的任何一个试图修改这些区域,内核只为修改的那片区域制作一个副本给子进程。

这样做的好处就是,等到真正发盛修改的时候,再去分配资源,可以减少分配或者复制大量资源时带来的瞬时开销。简单来说,可以理解为懒加载或者单例模式的懒汉式,等真正用到的时候再分配。

在文件系统中也有cow机制,在修改数据的时候,不会直接在原来的数据位置上进程操作,而是重新找个位置修改。比如说:要修改数据块A的内容,先把A读出来,写到B块里面去,如果这时候断电了,原来A的内容还在。这样做的好处就是可以保证数据的完整性,瞬间挂掉了容易恢复。

回到CopyOnWriteArrayList:是一个线程安全的List,底层是通过赋值数组的方式来实现的,在它的add()方法的实现里,首先它会加lock锁,锁住,然后会复制出一个新的数组,往新的数组里边add真正的元素,最后把array的指向改变为新的数组,和文件的cow机制很像(注意:每次add后容量只会+1,不做扩容)。缺点是:1、CopyOnWriteArrayList很耗费内存,每次add都会复制一整个数组;2、CopyOnWriteArrayList只能保证数据的最终一致性,不能保证数据的实时一致性,比如有两个线程,线程A去读取CopyOnWriteArrayList的数据还没读完,线程B进行了add()操作,但是还没将array指向改变后的新数组时,线程A此时还是可以把剩余的数据给读出来。

相对与Vector的优点:读不加锁。

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