引言
- ArrayList，LinkedList，Vector，CopyOnWriteArrayList 底层实现原理和四个集合的区别是什么？
- 为什么工作中会常用ArrayList和CopyOnWriteArrayList？
- 如果面试官问你ArrayList和LinkedList有什么区别？
上图：
基础介绍
ArrayList : 基于数组实现的非线程安全的集合。查询元素快，插入，删除中间元素慢。 LinkedList : 基于链表实现的非线程安全的集合。查询元素慢，插入，删除中间元素快。 Vector : 基于数组实现的线程安全的集合。线程同步（方法被synchronized修饰），性能比ArrayList差。 CopyOnWriteArrayList: 基于数组实现的线程安全的写时复制集合。线程安全（ReentrantLock加锁），性能比Vector高，适合读多写少的场景。
ArrayList 和 LinkedList 读写快慢的本质
ArrayList : 查询数据快，是因为数组可以通过下标直接找到元素。 写数据慢有两个原因：一是数组复制过程需要时间，二是扩容需要实例化新数组也需要时间。 LinkedList : 查询数据慢，是因为链表需要遍历每个元素直到找到为止。 写数据快有一个原因：除了实例化对象需要时间外，只需要修改指针即可完成添加和删除元素。
注：这里的快和慢是相对的。并不是LinkedList的插入和删除就一定比ArrayList快。明白其快慢的本质：ArrayList快在定位，慢在数组复制。LinkedList慢在定位，快在指针修改。
ArrayList
ArrayList 是基于动态数组实现的非线程安全的集合。当底层数组满的情况下还在继续添加的元素时，ArrayList则会执行扩容机制扩大其数组长度。ArrayList查询速度非常快，使得它在实际开发中被广泛使用。美中不足的是插入和删除元素较慢，同时它并不是线程安全的。
-
// 查询元素 -
public E get(int index) { -
rangeCheck(index); // 检查是否越界 -
return elementData(index); -
} -
// 顺序添加元素 -
public boolean add(E e) { -
ensureCapacityInternal(size + 1); // 扩容机制 -
elementData[size++] = e; -
return true; -
} -
// 从数组中间添加元素 -
public void add(int index, E element) { -
rangeCheckForAdd(index); // 数组下标越界检查 -
ensureCapacityInternal(size + 1); // 扩容机制 -
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index); // 复制数组 -
elementData[index] = element; // 替换元素 -
size++; -
} -
// 从数组中删除元素 -
private void fastRemove(int index) { -
modCount++; -
int numMoved = size - index - 1; -
if (numMoved > 0) -
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); -
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work -
}
从源码中可以得知，
ArrayList在执行查询操作时： 第一步：先判断下标是否越界。 第二步：然后在直接通过下标从数组中返回元素。
ArrayList在执行顺序添加操作时： 第一步：通过扩容机制判断原数组是否还有空间，若没有则重新实例化一个空间更大的新数组，把旧数组的数据拷贝到新数组中。 第二步：在新数组的最后一位元素添加值。
ArrayList在执行中间插入操作时： 第一步：先判断下标是否越界。 第二步：扩容。 第三步：若插入的下标为i，则通过复制数组的方式将i后面的所有元素，往后移一位。 第四步：新数据替换下标为i的旧元素。 删除也是一样：只是数组往前移了一位，最后一个元素设置为null，等待JVM垃圾回收。
从上面的源码分析，我们可以得到一个结论和一个疑问。 结论是：ArrayList快在下标定位，慢在数组复制。 疑问是：能否将每次扩容的长度设置大点，减少扩容的次数，从而提高效率？其实每次扩容的长度大小是很有讲究的。若扩容的长度太大，会造成大量的闲置空间；若扩容的长度太小，会造成频发的扩容(数组复制)，效率更低。
LinkedList
LinkedList 是基于双向链表实现的非线程安全的集合，它是一个链表结构，不能像数组一样随机访问，必须是每个元素依次遍历直到找到元素为止。其结构的特殊性导致它查询数据慢。
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// 查询元素 -
public E get(int index) { -
checkElementIndex(index); // 检查是否越界 -
return node(index).item; -
} -
Node<E> node(int index) { -
if (index < (size >> 1)) { // 类似二分法 -
Node<E> x = first; -
for (int i = 0; i < index; i++) -
x = x.next; -
return x; -
} else { -
Node<E> x = last; -
for (int i = size - 1; i > index; i--) -
x = x.prev; -
return x; -
} -
} -
// 插入元素 -
public void add(int index, E element) { -
checkPositionIndex(index); // 检查是否越界 -
if (index == size) // 在链表末尾添加 -
linkLast(element); -
else // 在链表中间添加 -
linkBefore(element, node(index)); -
} -
void linkBefore(E e, Node<E> succ) { -
final Node<E> pred = succ.prev; -
final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ); -
succ.prev = newNode; -
if (pred == null) -
first = newNode; -
else -
pred.next = newNode; -
size++; -
modCount++; -
}
从源码中可以得知，
LinkedList在执行查询操作时： 第一步：先判断元素是靠近头部，还是靠近尾部。 第二步：若靠近头部，则从头部开始依次查询判断。和ArrayList的elementData(index)相比当然是慢了很多。
LinkedList在插入元素的思路： 第一步：判断插入元素的位置是链表的尾部，还是中间。 第二步：若在链表尾部添加元素，直接将尾节点的下一个指针指向新增节点。 第三步：若在链表中间添加元素，先判断插入的位置是否为首节点，是则将首节点的上一个指针指向新增节点。否则先获取当前节点的上一个节点（简称A），并将A节点的下一个指针指向新增节点，然后新增节点的下一个指针指向当前节点。
Vector
Vector 的数据结构和使用方法与ArrayList差不多。最大的不同就是Vector是线程安全的。从下面的源码可以看出，几乎所有的对数据操作的方法都被synchronized关键字修饰。synchronized是线程同步的，当一个线程已经获得Vector对象的锁时，其他线程必须等待直到该锁被释放。从这里就可以得知Vector的性能要比ArrayList低。
若想要一个高性能，又是线程安全的ArrayList，可以使用Collections.synchronizedList(list);方法或者使用CopyOnWriteArrayList集合
-
public synchronized E get(int index) { -
if (index >= elementCount) -
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index); -
return elementData(index); -
} -
public synchronized boolean add(E e) { -
modCount++; -
ensureCapacityHelper(elementCount + 1); -
elementData[elementCount++] = e; -
return true; -
} -
public synchronized boolean removeElement(Object obj) { -
modCount++; -
int i = indexOf(obj); -
if (i >= 0) { -
removeElementAt(i); -
return true; -
} -
return false; -
}
CopyOnWriteArrayList
在这里我们先简单了解一下CopyOnWrite容器。它是一个写时复制的容器。当我们往一个容器添加元素的时候，不是直接往当前容器添加，而是先将当前容器进行copy一份，复制出一个新的容器，然后对新容器里面操作元素，最后将原容器的引用指向新的容器。所以CopyOnWrite容器是一种读写分离的思想，读和写不同的容器。
应用场景：适合高并发的读操作（读多写少）。若写的操作非常多，会频繁复制容器，从而影响性能。
CopyOnWriteArrayList 写时复制的集合，在执行写操作（如：add，set，remove等）时，都会将原数组拷贝一份，然后在新数组上做修改操作。最后集合的引用指向新数组。
CopyOnWriteArrayList 和Vector都是线程安全的，不同的是：前者使用ReentrantLock类，后者使用synchronized关键字。ReentrantLock提供了更多的锁投票机制，在锁竞争的情况下能表现更佳的性能。就是它让JVM能更快的调度线程，才有更多的时间去执行线程。这就是为什么CopyOnWriteArrayList的性能在大并发量的情况下优于Vector的原因。
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private E get(Object[] a, int index) { -
return (E) a[index]; -
} -
public boolean add(E e) { -
final ReentrantLock lock = this.lock; -
lock.lock(); -
try { -
Object[] elements = getArray(); -
int len = elements.length; -
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1); -
newElements[len] = e; -
setArray(newElements); -
return true; -
} finally { -
lock.unlock(); -
} -
} -
private boolean remove(Object o, Object[] snapshot, int index) { -
final ReentrantLock lock = this.lock; -
lock.lock(); -
try { -
Object[] current = getArray(); -
int len = current.length; -
...... -
Object[] newElements = new Object[len - 1]; -
System.arraycopy(current, 0, newElements, 0, index); -
System.arraycopy(current, index + 1, newElements, index, len - index - 1); -
setArray(newElements); -
return true; -
} finally { -
lock.unlock(); -
} -
}
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总结
回到文章的标题，如果面试官问你ArrayList和LinkedList有什么区别？
ArrayList和LinkedList都不是线程安全的，小并发量的情况下可以使用Vector，若并发量很多，且读多写少可以考虑使用CopyOnWriteArrayList。 因为CopyOnWriteArrayList底层使用ReentrantLock锁，比使用synchronized关键字的Vector能更好的处理锁竞争的问题。
相信这个回答能够很好的帮你通过面试：p
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