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数组 Array

为什么数组索引从0开始呢？为什么不从1开始？

ArrayList

成员变量

构造方法

添加和扩容

ArrayList底层的实现原理是什么？

数组和List转换

ArrayList 和 LinkedList区别

底层数据结构

操作数据效率

内存占用

线程安全

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数组 Array

数组（Array）是一种用连续的内存空间存储相同数据类型数据的线性数据结构。

寻址公式：a[i] = baseAddress + i * dataTypeSize

假定要想访问int数组中的第3个元素（索引为2），也就是数组的首地址加上2×4字节，所以最终访问到的就是18的位置，也就是第3个元素，索引值为2，数据空间为88。

为什么数组索引从0开始呢？为什么不从1开始？

假设数组索引从1开始，寻址公式就变成了：a[i] = baseAddress + (i-1) * dataTypeSize

根据数组索引获取元素的时候，会用索引和寻址公式来计算内存所对应的数据，寻址公式是数组的首地址+索引乘以存储数据的类型大小（如int就是4字节）

如果索引从1开始，寻址公式中就需要增加一次减法操作，对于cpu来说性能就会下降。

ArrayList

成员变量

在ArrayList中，默认的初始容量就是DEFAULT_CAPACITY = 10。

构造方法

ArrayList有三个构造方法，并且根据不同的传入参数构成了重载。

分别是带初始化容量的构造函数、无参构造函数和传入一个collection。当传入一个collection时，会把这个对象通过toArray方法转成数组，然后将数组的地址赋给elementData。

比如ArrayList list = new ArrayList(10)中这个list其实没有扩容，在初始化的时候传入一个10作为参数，ArrayList会直接初始化一个大小为10的数组。

添加和扩容

当ArrayList第一次添加数据，会先初始化再调用add方法:

进入到add方法，会先确保内部容量为size+1，size初始化是0:

进入ensureCapacityInternal，确保内部容量：

进入calculateCapacity，此时if条件中，DEFAULT_CAPACITY初始化为10，所以会返回10：

再进入ecsureExplicitCapacity，if，如果这个判断大于0，说明容量不够需要扩容：

此时会进入到grow中进行扩容，通过不同的if来判断，先进行容量增加，

oldCapacit + (oldCapacit >> 1)，也就是扩容为原来容量的1.5倍。

初始化数组后，再进行数组拷贝。

ArrayList底层的实现原理是什么？

ArrayList底层是用动态数组来实现的，初始容量为0，当第一次添加元素的时候才会初始化容量为10。ArrayList在进行扩容的时候，会扩大为原来的1,5倍，每次扩容都需要拷贝数组。

在add一个数据的时候，会先判断当前数组使用长度（size）加1后足够存下这个数据，这个判断会先计算数据的容量，如果当前数组已使用长度+1后大于当前数组长度，就会调用grow方法进行扩容。确保新增的数据有地方存储之后，会将新的元素添加到size的位置上。

数组和List转换

数组转List：Arrays.asList，也就是使用Arrays工具类的asList方法。

修改数组内容，list会受影响，因为asList方法本质上只是使用Arrays类中的一个内部类ArrayList来构造集合，最终指向的都是同一个内存地址。

List转数组：list.toArray，也就是使用List的toArray方法。

修改数组内容，list不会受影响，toArray底层进行了数组的拷贝，内存地址不同，所以不受影响。

ArrayList 和 LinkedList区别

底层数据结构

ArrayList基于动态数组、LinkedList基于双向链表。

操作数据效率

ArrayList按照索引查询很快，是O(1)，ArrayList和LinkedList查找某一元素都需要遍历，O(n)。

ArrayList插入和删除需要改变大量元素位置，平均复杂度为O(n)，LinkedList需要遍历链表，平均复杂度为O(n)。

内存占用

ArrayList底层是数组，在内存中连续，节省内存；LinkedList双向链表需要多两个指针，更占内存。

线程安全

都不是线程安全的，要保证线程安全可以使用Collection.synchronizedList。