单列集合List

1、Vector和ArrayList以及LinkedList区别和联系，以及分别的应用场景

线程安全

　　Vector：如果创建Vector时没有指定容量，则默认容量为10，底层基于数组实现，线程是安全的，底层采用synchronized同步方法进行加锁

　　ArrayList：底层基于数组，线程不安全，查询和修改效率高，但是增加和删除效率低

　　LinkedList：底层双向链表结构，线程不安全，查询和修改效率低，但是增加和删除效率高，另外，它还提供了List接口中没有定义的方法，专门用于操作表头和表尾元素，可以当作堆栈，队列和双向队列使用；

使用场景

　　Vector很少用
　　如果需要大量的添加和删除则可以选择LinkedList
　　如果需要大量的查询和修改则可以选择ArrayList

Vector源码

/**
     * Adds the specified component to the end of this vector,
     * increasing its size by one. The capacity of this vector is
     * increased if its size becomes greater than its capacity.
     *
     * <p>This method is identical in functionality to the
     * {@link #add(Object) add(E)}
     * method (which is part of the {@link List} interface).
     *
     * @param   obj   the component to be added
     */
    public synchronized void addElement(E obj) {
        modCount++;
        ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
        elementData[elementCount++] = obj;
    }

ArrayList源码

 /**
     * Appends the specified element to the end of this list.
     *
     * @param e element to be appended to this list
     * @return <tt>true</tt> (as specified by {@link Collection#add})
     */
    public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

LinkedList源码

/**
     * Appends the specified element to the end of this list.
     *
     * <p>This method is equivalent to {@link #addLast}.
     *
     * @param e element to be appended to this list
     * @return {@code true} (as specified by {@link Collection#add})
     */
    public boolean add(E e) {
        linkLast(e);
        return true;
    }

2、如果要保证ArrayList线程安全，有几种方式

　　自己表写一个ArrayList集合类，根据业务一般来说，add/set/remove加锁
　　利用List<Object> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());           //采用synchronized加锁

        public E get(int index) {
            synchronized (mutex) {return list.get(index);}
        }
        public E set(int index, E element) {
            synchronized (mutex) {return list.set(index, element);}
        }
        public void add(int index, E element) {
            synchronized (mutex) {list.add(index, element);}
        }
        public E remove(int index) {
            synchronized (mutex) {return list.remove(index);}
        }    

 　　new CopyOnWriteArrayList<>().add("");   //采用 ReentrantLock加锁

 public boolean add(E e) {
        //加锁
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            //获取原始集合
            Object[] elements = getArray();
            int len = elements.length;
            //复制一个新集合
            Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
            newElements[len] = e;
            //替换原始集合为新集合
            setArray(newElements);
            return true;
        } finally {
            //释放锁
            lock.unlock();
        }
    }                

3、了解CopyOnWriteArrayList底层？CopyOnWriteArrayList与Collections.synchronizedList有什么区别？

CopyOnWriteArrayList底层实现：

　　CopyOnWriteArrayList在执行修改操作的时候，会复制一份新的数组数据，代价昂贵，修改过来将原来的集合指向新的集合完成操作；

add添加：

　　在添加的时候是需要加锁的，否则多线程写的时候会Copy出N个副本出来；使用ReentrantLock保证多线程环境下的集合安全；

 public boolean add(E e) {
        //获取了一把锁
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        //加锁
        lock.lock();
        try {
            //获取当前数组数据，给elements
            Object[] elements = getArray();
            //记录当前数组的长度
            int len = elements.length;
            //复制一个新的数组
            Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
            /将数据填入到新数组当中
            newElements[len] = e;
            //将当前array指针指向到新的数据
            setArray(newElements);
            return true;
        } finally {
            //释放锁
            lock.unlock();
        }
    }    

get读取：

　　读的时候没有加锁，如果读的时候有多个线程正在向CopyOnWriteArrayList添加数据，读还是会读到旧的数据，因为写的时候不会锁住旧的CopyOnWriteArrayList；

public E get(int index) {
        return get(getArray(), index);
}

CopyOnWriteArrayList应用场景：

　　适用于读取操作远大于写操作场景（底层get读取没有加锁，直接获取）

　　Collections.synchronizedList几乎底层方法都加上了synchronized的锁；

场景：

　　写操作的性能比CopyOnWriteArrayList要好，但是读取的性能不如CopyOnWriteArrayList；

4.CopyOnWriteArrayList设计思想是怎样的，有什么缺点？

　　设计思想：读写分离，最终一致；
　　缺点：
　　　内存占用问题：由于写时复制，内存中就会出现两个对象占用空间，如果对象大则容易发生Young GC和Full GC;
　　　数据一致问题：CopyOnWriteArrayList容器只能保证数据最终一致性，不能保证数据实时一致性；

5.说一下ArrayList扩容机制是怎样的？

　　1.7以及之前版本JDK，默认的大小为10；
　　1.8版本集合大小如果创建时没有指定，则默认为0；若已经指定集合大小，则初始值为当前指定的大小；
　　当第一次添加数据的时候，集合大小扩容为10，第二次以及后续每次按照int oldCapacity=elementData.length;      newCapacity = oldCapacity+(oldCapacity>>1)，就是其容量扩展为原来容量的1.5倍；

属性

默认初始值的大小

private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

默认的空对象数组

private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

实际存储数据的数组

 transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access

无参构造器

 public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
 }

扩容机制

 public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
 }

//ensureCapacityInternal方法接受了size+1作为minCapacity，并且判断如果数组是空数组，那么10和minCapacity的较大值就作为新的minCapacity。
    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }

        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
 }

 //判断传入的minCapacity和elementData.length的大小，如果elementData.length大于minCapacity，说明数组容量够用，就不需要进行扩容，
    //反之，则传入minCapacity到grow()方法中，进行扩容 
    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;

        // overflow-conscious code
        //如果其元素个数大于其容量，则进行扩容；
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
}

private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        //原来的容量
        int oldCapacity = elementData.length;
        //新的容量，原来容量的1.5倍
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        //如果大于ArrayList可以允许的最大容量，则设置为最大容量
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
        //最终进行扩容，生成一个1.5倍元素
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

　　进入grow()方法，会将newCapacity设置为旧容量的1.5倍，这也是ArrayList每次扩容都为原来的1.5倍的由来。然后进行判断，如果newCapacity小于minCapacity，那么就将minCapacity的值赋予newCapacity。

　　然后在检查新容量是否超出了定义的容量，如果超出则调用hugeCapacity方法，比较minCapacity和MAX_ARRAY_SIZE的值；如果minCapacity大，那么新容量为Integer。MAX_VALUE,否则新容量为MAX_ARRAYSIZE。最后调用Arrays.cpoyOf传递elementData和新容量，返回新的elementData;