ArrayList与LinkedList源码分析及面试应对策略

一、ArrayList源码分析

1. 数据结构与特点

ArrayList 是 Java 中基于动态数组实现的线性表，位于 java.util 包中。它实现了 List 接口，支持随机访问，底层使用 Object[] 数组存储元素。

初始容量 ：默认初始容量为 10（DEFAULT_CAPACITY = 10）。
扩容机制 ：当元素数量超过当前容量时，触发扩容。新容量为旧容量的 1.5 倍（newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1)）。
核心字段 ：
- elementData：存储元素的数组，标记为 transient，因为它不直接序列化。
- size：当前元素个数。

2. 关键方法

add(E e) ：将元素追加到数组末尾。如果 size 等于 elementData.length，则调用 grow() 扩容。
get(int index)：直接通过数组下标访问，时间复杂度 O(1)。
remove(int index)：删除指定位置元素，后续元素前移，时间复杂度 O(n)。

3. 源码片段

java 复制代码

private void grow(int minCapacity) {
    int oldCapacity = elementData.length;
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // 扩容 1.5 倍
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

二、LinkedList源码分析

1. 数据结构与特点

LinkedList 是基于双向链表实现的，同样位于 java.util 包中。它实现了 List 和 Deque 接口，适合频繁的插入和删除操作。

节点结构 ：每个节点为 Node 对象，包含 prev（前指针）、next（后指针）和 item（元素值）。
核心字段 ：
- first：链表头节点。
- last：链表尾节点。
- size：节点数量。

2. 关键方法

add(E e) ：默认追加到链表尾部，通过 linkLast() 实现，时间复杂度 O(1)。
get(int index)：从头或尾遍历到指定位置，时间复杂度 O(n)。
remove(int index)：找到指定节点，调整前后指针，时间复杂度 O(n)。

3. 源码片段

java 复制代码

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++;
}

三、ArrayList与LinkedList对比

特性	ArrayList	LinkedList
底层结构	动态数组	双向链表
随机访问	O(1)	O(n)
插入/删除	O(n)（需移动元素）	O(1)（仅调整指针）
内存占用	较少（连续存储）	较多（指针开销）
适用场景	频繁查询	频繁增删

四、面试官可能提出的问题及回答策略

问题 1：ArrayList 的扩容机制是什么？

回答策略：

简述：ArrayList 底层是数组，当添加元素时容量不足会触发扩容。
细节：新容量是旧容量的 1.5 倍，使用位运算 (oldCapacity >> 1) 计算。
加分点：提到 Arrays.copyOf() 实现数组复制，并强调扩容后旧数组被垃圾回收。

示例回答 ： "ArrayList 的扩容机制是当元素数量超过当前容量时，将数组容量增加到原来的 1.5 倍。具体是通过 grow() 方法实现的，新容量计算公式是 oldCapacity + (oldCapacity >> 1)，然后用 Arrays.copyOf() 复制元素到新数组。旧数组随后会被 GC 回收。"

问题 2：LinkedList 的 get 方法为什么慢？

回答策略：

原因：LinkedList 是双向链表，访问元素需要从头或尾遍历。
细节：源码中 get(int index) 会根据 index 和 size/2 判断从哪端开始遍历。
加分点：对比 ArrayList 的 O(1) 随机访问，突出数据结构差异。

示例回答 ： "LinkedList 的 get 方法慢是因为它是双向链表，没有直接索引，必须从头或尾遍历到目标位置。源码中会比较 index 和 size/2，选择较近的一端开始，平均时间复杂度是 O(n)。相比之下，ArrayList 用数组实现，get 是 O(1)。"

问题 3：什么场景下选择 ArrayList 或 LinkedList？

回答策略：

场景：根据操作类型（查询 vs 增删）和性能需求选择。
举例：查询多用 ArrayList，增删多用 LinkedList。
加分点：提到内存效率或线程安全（如需同步可用 Collections.synchronizedList）。

示例回答 ： "选择 ArrayList 还是 LinkedList 取决于使用场景。如果是频繁随机访问或查询，比如遍历显示数据，ArrayList 更合适，因为它提供 O(1) 的 get 操作。如果是频繁插入或删除，比如队列或栈操作，LinkedList 更好，因为它的增删是 O(1)，只需调整指针。此外，ArrayList 内存占用更少，而 LinkedList 因指针有额外开销。"

问题 4：ArrayList 是线程安全的吗？如何解决？

回答策略：

明确：ArrayList 不是线程安全的。
解决：提到 Collections.synchronizedList 或 CopyOnWriteArrayList。
加分点：简单说明 CopyOnWriteArrayList 的写时复制机制。

示例回答 ： "ArrayList 不是线程安全的，多线程下可能出现数据不一致问题。解决方法可以用 Collections.synchronizedList 包装它，提供基本同步；或者用 CopyOnWriteArrayList，它通过写时复制实现线程安全，适合读多写少的场景，但写操作开销较大。"

五、总结

通过分析 ArrayList 和 LinkedList 的源码，我们可以看到它们在数据结构和性能上的本质差异。面试中，理解这些差异并结合实际场景回答问题，能展示扎实的基础和实践能力。希望这篇分析对你有所帮助！