【口试资料】Java聚集篇 之 ArrayList

〇. 媒介

本文将体系的先容Java口试高频考点：ArrayList。内容包括但不限于

• ArrayList 源码分析
  
• ArrayList 常问口试题
  

注意：若未经特殊说明，全部的内容将基于JDK1.8进行分析解释。
一. 源码分析（存储逻辑、扩容机制）

1.首先看一下 ArrayList 中的 核心成员变量

1. // 1.默认初始容量
2. private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
4. // 2.空数组——带参构造【参数为0】 或 【空集合】转换
5. private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
7. // 3.空数组——仅【默认构造】使用
8. private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
10. // 4.数组缓冲区（存储具体的数组元素）
11. transient Object[] elementData;
13. // 5.元素数量
14. private int size;

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2.下面是 ArrayList 的三个 构造方法

1. // 1.带参构造（指定容量）
2. public ArrayList(int initialCapacity) {
3.     if (initialCapacity > 0) { // 创建定长数组
4.         this.elementData = new Object[initialCapacity];
5.     } else if (initialCapacity == 0) { // 赋空数组
6.         this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
7.     } else { // 抛异常
8.         throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: " + initialCapacity);
9.     }
10. }
12. // 2.默认构造
13. public ArrayList() {
14.     // 赋空数组
15.     this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
16. }
18. // 3.单列集合Collection转ArrayList
19. public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
20.     // 集合转数组，存入ArrayList（不管类型）
21.     elementData = c.toArray();
22.     if ((size = elementData.length) != 0) { // 长度>0
23.         if (elementData.getClass() != Object[].class)
24.             // 发现Collection和ArrayList定义的类型不同，做类型转换
25.             elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
26.     } else { // 赋空数组
27.         this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
28.     }
29. }

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3.⭐ArrayList的 存储逻辑 以及 扩容机制
我们先梳理一下，使用不同的构造方法创建ArrayList对象后的情况：

• 默认构造：数组容量：0，元素数量size：0；
  
• 带参构造：数组容量：参数，元素数量size：0；
  
• 聚集转换：数组容量 == 元素数量，继承参数聚集（0~n）。
  

接下来先容：如果我们 向ArrayList中添加元素，会发生什么。

【STEP 01】准备变量 numNew：待添加元素的长度。
   ① add方法：默以为1；
② addAll方法：待添加聚集的长度。
  

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【STEP 02】准备变量 mincapacity：添加元素之后，希望数组达到的长度。
   ① 常规情况下，mincapacity = 现有元素数量size + numNew；
② 唯一特殊情况：ArrayList使用 默认构造创建，并且 首次添加元素，mincapacity = max( numNew , 10 )。
  

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【STEP 03】比较 mincapacity 与 数组容量elementData.length
   ① mincapacity > 数组容量：开始扩容；
② mincapacity <= 数组容量：无需扩容。
  

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【STEP 04】扩容机制
首先，实验 把 数组容量 扩充至原来的 1.5倍；
然后，再次 比较 mincapacity 与 数组容量 的大小；
   ① mincapacity <= 数组容量：数组容量 = 原容量的1.5倍；
② mincapacity > 数组容量：数组容量 = mincapacity。

第①种情况常见于mincapacity不太大的情况，比方：聚集使用add添加元素…
第②中情况常见于mincapacity较大的情况，比方：step02中的特殊情况，或使用addAll添加了一个超长聚集…
  

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【STEP 05】数组容量达标，向数组中添加元素即可
比方：elementData[size++] = e;

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至此，ArrayList 源码中最核心的部分 —— 元素添加 与 扩容机制 就已经完成了；
请熟练掌握这部分源码，后续各种口试题的理解会更加轻松，印象会更加深刻！
二. 高频口试题

1. ArrayList底层的实现原理？

本题的答案就是上述源码分析的内容，再来总结一下：
① ArrayList 底层是用 动态数组 实现的；
② 以 默认构造 方法为例，数组初始容量为 0，首次 添加数据后扩容至 10；
③ 后续每次扩容都是原来容量的 1.5倍，每次扩容都必要 拷贝数组；
④ 在我们 添加数据 的时候有固定的逻辑：

• 首先，获取 add / addAll 添加的 新增数据的长度 newNum；
  
• 其次，计算数组 目的容量mincapacity=size+newNum，如果数组长度小于该目的，则必要调用 grow方法 为数组扩容；
  
• 扩容时，首先实验扩容到原来的 1.5倍，如果还不能满意目的容量，则直接扩容到 目的容量；
  
• 最后，向数组内 添加 新增数据，返回添加成功的 布尔值。
  

2. new ArrayList(10) 扩容了频频？

答：并没有扩容！
ArrayList聚集的扩容机制只会在 添加数据时触发。new ArrayList(10) 只是定义了一个 初始容量为10的聚集对象，并没有触发扩容。
3. 如何实现 数组 与 List 之间的转换？

请注意：为了确保类型一致，数组的类型应包管为【包装类】。
（1）数组 转 List

方法①：Collections.addAll(list, array)【最高效】
方法②：循环遍历array并依次list.add添加【最朴素】
方法③：Arrays.asList(array)【查改✔ 增删❌】
方法④：new ArrayList<>(Arrays.asList(array))【改良方法③】
此中应注意，方法③：Arrays.asList(array) 得到的是 定长List聚集，全部的后续操纵 不得改变聚集长度。
并且该方法还有 “数据同步修改” 的题目，将在“两个追问”中提及。

1. Integer[] arr = {1, 2, 3, 4, 5};
2. List<Integer> list1 = Arrays.asList(arr);
3. List<Integer> list2 = new ArrayList<>(list1);
5. // [1, 2, 3, 4, 5] [1, 2, 3, 4, 5]
6. System.out.println(list1 + " " + list2);
8. arr[0] = 0; // ⭐修改数据（后续解释）
9. // [0, 2, 3, 4, 5] [1, 2, 3, 4, 5]
10. System.out.println(list1 + " " + list2);
12. list1.add(6); // 运行报错：UnsupportedOperationException
13. list2.add(6);

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（2）List 转 数组

使用 List 的 toArray方法 即可，注意 无参 / 带参 的区别！

1. // 无参返回Object数组
2. Object[] array1 = list2.toArray();
3. // 带参返回原类型数组
4. Integer[] array2 = list2.toArray(new Integer[0]);
5. // [1, 2, 3, 4, 5] [1, 2, 3, 4, 5]
6. System.out.println(Arrays.toString(array1) + " " + Arrays.toString(array2));

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（3）“两个追问”

① 题目一：对于 Arrays.asList() 获取的聚集，当数组变化时，List受影响吗？
回复：受影响（从上面的代码示例可以清晰看出）！
解释：Arrays.asList()只是调用了一个名叫 ArrayList的内部类 而已，该类对传入的数组进行了 包装，但是数据元素依然指向 同一块内存地址。过程中并没有一个独立的ArrayList聚集产生。

② 题目二：对于 List的toArray() 获取的数组，当聚集变化时，数组受影响吗？
回复：不影响！
解释：List的toArray() 的底层逻辑是 数组拷贝，将List聚集中的数组复制一份并返回，前后是两个完全不同的数组，故两者互不影响。

4. ArrayList 和 LinkedList 的区别？

对于这两个常用的List实现类，我们应该从4个方面去报告它们的区别。
（1）数据布局

ArrayList 的底层数据布局是 动态的数组；
LinkedList 的底层数据布局是 双向链表；
有了这一个底子认知，我们就很轻易理解下面的方面了。