集合-1 数组&ArrayList&LinkedList

一.数组

1.什么是数组?

数组是一种用连续的内存空间存储相同类型数据的线性数据结构。

2.为什么数组下标是从0开始?

(1)数组根据下标查找元素是基于寻址公式:元素地址=数组首地址+索引i*数组存储数据类型的大小

(2)如果下标从0开始,则寻址公式应改为:元素地址=数组首地址+(i-1)*数组存储数据类型的大小;对cpu而言多了一个(i-1)的操作,性能下降。

3.数组查找元素的时间复杂度

(1)已知下标:O(1)

(2)未知下标:O(n)

(3)未知下标但排序:根据二分法查找是O(logn)

(4)插入和删除时,为了保证在内存存储的连续性,需要数组元素,平均时间复杂度为O(n)

二.ArrayList

1.ArrayList的底层实现原理是什么?

(1)ArrayList底层是用动态的数组实现的。

(2)ArrayList创建时,若未指定容量,则初始化数组长度为0;第一次添加数据时才将数组长度扩容为10。

(3)后续的每次扩容,都将数组长度扩容为原来的1.5倍;每次扩容都需要将原数组元素拷贝到新数组。

(4)ArrayList在添加数据时:

a.计算数组当前已存储容量size,若size+1>length,则调用grow()方法进行扩容(扩容为原来的1.5倍)。

b.将新添加的数据存储到数组的size位置上,添加成功返回布尔值

2.ArrayList list = new ArrayList(10);代码中list扩容了几次?

(1)ArrayList有三种构造方法:

a.ArrayList(int initialCapacity):带初始化容量的构造函数,将数组的容量初始化为initialCapacity;

b.ArrayList():无参构造函数,数组容量初始化为0,第一次添加元素时才扩容为10;

c.ArrayList(Collection<?extends E> c):将c转化为ArrayList

(2)代码中是使用了ArrayList的带初始化容量的构造函数,并未进行扩容。

3.如何实现数组和List之间的转换?

(1)数组转List:调用JDK中的工具类Arrays中的asList()方法。

(2)List转数组:调用List类中的toArray()方法。若toArray()方法不传参,则返回一个Object数组;若传入一个已经初始化长度的数组,则将List中的数据存到该数组并返回该数组。

4.通过Arrays.asList()将数组转List后,若修改数组内容,List会受影响吗?

(1)asList()的实现原理是通过Arrays类中的一个内部类ArrayList来将数组包装成一个ArrayList;

(2)asList()方法会将ArrayList中的数组指向传入的数组,再将ArrayList对象返回,以此来实现将数组转化成List。

(3)这个指向是一个引用传递,ArrayList的数组和传入的数组指向同一块地址,因此修改数组内容,List会受影响。

5.ArrayList 和 Arrays类的内部类Arrays.ArrayList的区别

(1)add方法

a.ArrayList和Arrays.ArrayList都继承了抽象类AbstractList;

b.AbstractList中的add()方法默认为若子类未重写该方法,则使用时会抛出UnsupportedOperationException异常

c.ArrayList重写了add()方法,可以有添加元素操作

d.Arrays.ArrayList未重写add()方法,无法添加元素

******e.由于Arrays.asList()返回的是Arrays.ArrayList对象,因此通过这种方式将数组转成的List是无法添加元素的。

(2)构造参数为数组或集合时

a.ArrayList只能接收Collection

b.Arrays.ArrayList能接收数组E[]

6.通过List类的toArray()将List转成数组后,若修改List内容,数组会受影响吗?

不会受影响,toArray()的实现原理是将List中的数组进行拷贝,并返回一个新数组对象。返回的数组与List中的数组不指向同一块地址,因此互不影响。

7.ArrayList和LinkedList的区别是什么?

1.底层数据结构

(1)ArrayList底层是用动态的数组实现的

(2)LinkedList底层是用双向链表实现的

2.操作数据的效率不同

(1)查

a.已知索引的情况下,ArrayList根据寻址公式查找,效率是O(1);LnkedList是遍历查找,效率是O(n)。

b.未知索引的情况下,ArrayList和LinkedList都是遍历查找,效率都是O(n)。

(2)增删

a.ArrayList进行尾部增删效率是O(1),其他位置的增删都需要挪动数组,效率是O(n)。

b.LinkedList进行头尾增删效率是O(1),其他位置的增删都需要遍历链表,效率是O(n)。

3.内存空间占用

(1)ArrayList底层是数组,在内存中是连续存储的,节省内存空间。

(2)LinkedList底层是双向链表,在内存中是离散存储的,还需额外存储前后两个节点的地址,更占用内存空间

4.线程安全

ArrayList和LinkedList都是线程不安全的,若要保证线程安全,有两种方案:

(1)在方法内定义使用,对于局部变量是线程安全的。

(2)使用Collections.synchronizedList(new ArrayList<>())或Collections.synchronizedList(new LinkedList<>())构建线程安全的List,该方法就是创建加了synchronized锁的List,线程安全但操作性能下降。

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