我们在日常的工作中，能够高效地管理和操作数据是非常重要的。由于每个编程语言支持的数据结构不尽相同，比如我最早学习的 C 语言，需要自己实现很多基础数据结构，管理和操作会比较麻烦。相比之下，Java 则要方便的多，针对通用场景的需求，Java 提供了强大的集合框架，大大提高了开发者的生产力。
今天我要问你的是有关集合框架方面的问题，对比 Vector、ArrayList、LinkedList 有何区别？
典型回答
这三者都是实现集合框架中的 List，也就是所谓的有序集合，因此具体功能也比较近似，比如都提供按照位置进行定位、添加或者删除的操作，都提供迭代器以遍历其内容等。但因为具体的设计区别，在行为、性能、线程安全等方面，表现又有很大不同。
Vector 是 Java 早期提供的线程安全的动态数组，如果不需要线程安全，并不建议选择，毕竟同步是有额外开销的。Vector 内部是使用对象数组来保存数据，可以根据需要自动的增加容量，当数组已满时，会创建新的数组，并拷贝原有数组数据。
ArrayList 是应用更加广泛的动态数组实现，它本身不是线程安全的，所以性能要好很多。与 Vector 近似，ArrayList 也是可以根据需要调整容量，不过两者的调整逻辑有所区别，Vector 在扩容时会提高 1 倍，而 ArrayList 则是增加 50%。
LinkedList 顾名思义是 Java 提供的双向链表，所以它不需要像上面两种那样调整容量，它也不是线程安全的。
考点分析
似乎从我接触 Java 开始，这个问题就一直是经典的面试题，前面我的回答覆盖了三者的一些基本的设计和实现。
一般来说，也可以补充一下不同容器类型适合的场景：
- Vector 和 ArrayList 作为动态数组，其内部元素以数组形式顺序存储的，所以非常适合随机访问的场合。除了尾部插入和删除元素，往往性能会相对较差，比如我们在中间位置插入一个元素，需要移动后续所有元素。
- 而 LinkedList 进行节点插入、删除却要高效得多，但是随机访问性能则要比动态数组慢。
所以，在应用开发中，如果事先可以估计到，应用操作是偏向于插入、删除，还是随机访问较多，就可以针对性的进行选择。这也是面试最常见的一个考察角度，给定一个场景，选择适合的数据结构，所以对于这种典型选择一定要掌握清楚。
考察 Java 集合框架，我觉得有很多方面需要掌握：
- Java 集合框架的设计结构，至少要有一个整体印象。
- Java 提供的主要容器（集合和 Map）类型，了解或掌握对应的数据结构、算法，思考具体技术选择。
- 将问题扩展到性能、并发等领域。
- 集合框架的演进与发展。
作为 Java 专栏，我会在尽量围绕 Java 相关进行扩展，否则光是罗列集合部分涉及的数据结构就要占用很大篇幅。这并不代表那些不重要，数据结构和算法是基本功，往往也是必考的点，有些公司甚至以考察这些方面而非常知名（甚至是“臭名昭著”）。我这里以需要掌握典型排序算法为例，你至少需要熟知：
- 内部排序，至少掌握基础算法如归并排序、交换排序（冒泡、快排）、选择排序、插入排序等。
- 外部排序，掌握利用内存和外部存储处理超大数据集，至少要理解过程和思路。
考察算法不仅仅是如何简单实现，面试官往往会刨根问底，比如哪些是排序是不稳定的呢（快排、堆排），或者思考稳定意味着什么；对不同数据集，各种排序的最好或最差情况；从某个角度如何进一步优化（比如空间占用，假设业务场景需要最小辅助空间，这个角度堆排序就比归并优异）等，从简单的了解，到进一步的思考，面试官通常还会观察面试者处理问题和沟通时的思路。
以上只是一个方面的例子，建议学习相关书籍，如《算法导论》《编程珠玑》等，或相关教程。对于特定领域，比如推荐系统，建议咨询领域专家。单纯从面试的角度，很多朋友推荐使用一些算法网站如 LeetCode 等，帮助复习和准备面试，但坦白说我并没有刷过这些算法题，这也是仁者见仁智者见智的事情，招聘时我更倾向于考察面试者自身最擅长的东西，免得招到纯面试高手。
知识扩展
我们先一起来理解集合框架的整体设计，为了有个直观的印象，我画了一个简要的类图。注意，为了避免混淆，我这里没有把 java.util.concurrent 下面的线程安全容器添加进来；也没有列出 Map 容器，虽然通常概念上我们也会把 Map 作为集合框架的一部分，但是它本身并不是真正的集合（Collection）。
所以，我今天主要围绕狭义的集合框架，其他都会在专栏后面的内容进行讲解。
我们可以看到 Java 的集合框架，Collection 接口是所有集合的根，然后扩展开提供了三大类集合，分别是：
- List，也就是我们前面介绍最多的有序集合，它提供了方便的访问、插入、删除等操作。
- Set，Set 是不允许重复元素的，这是和 List 最明显的区别，也就是不存在两个对象 equals 返回 true。我们在日常开发中有很多需要保证元素唯一性的场合。
- Queue/Deque，则是 Java 提供的标准队列结构的实现，除了集合的基本功能，它还支持类似先入先出（FIFO， First-in-First-Out）或者后入先出（LIFO，Last-In-First-Out）等特定行为。这里不包括 BlockingQueue，因为通常是并发编程场合，所以被放置在并发包里。
每种集合的通用逻辑，都被抽象到相应的抽象类之中，比如 AbstractList 就集中了各种 List 操作的通用部分。这些集合不是完全孤立的，比如，LinkedList 本身，既是 List，也是 Deque 哦。
如果阅读过更多源码，你会发现，其实，TreeSet 代码里实际默认是利用 TreeMap 实现的，Java 类库创建了一个 Dummy 对象“PRESENT”作为 value，然后所有插入的元素其实是以键的形式放入了 TreeMap 里面；同理，HashSet 其实也是以 HashMap 为基础实现的，原来他们只是 Map 类的马甲！
就像前面提到过的，我们需要对各种具体集合实现，至少了解基本特征和典型使用场景，以 Set 的几个实现为例：
- TreeSet 支持自然顺序访问，但是添加、删除、包含等操作要相对低效（log(n) 时间）。
- HashSet 则是利用哈希算法，理想情况下，如果哈希散列正常，可以提供常数时间的添加、删除、包含等操作，但是它不保证有序。
- LinkedHashSet，内部构建了一个记录插入顺序的双向链表，因此提供了按照插入顺序遍历的能力，与此同时，也保证了常数时间的添加、删除、包含等操作，这些操作性能略低于 HashSet，因为需要维护链表的开销。
- 在遍历元素时，HashSet 性能受自身容量影响，所以初始化时，除非有必要，不然不要将其背后的 HashMap 容量设置过大。而对于 LinkedHashSet，由于其内部链表提供的方便，遍历性能只和元素多少有关系。
我今天介绍的这些集合类，都不是线程安全的，对于 java.util.concurrent 里面的线程安全容器，我在专栏后面会去介绍。但是，并不代表这些集合完全不能支持并发编程的场景，在 Collections 工具类中，提供了一系列的 synchronized 方法，比如
static <T> List<T> synchronizedList(List<T> list)我们完全可以利用类似方法来实现基本的线程安全集合：
List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList());它的实现，基本就是将每个基本方法，比如 get、set、add 之类，都通过 synchronized 添加基本的同步支持，非常简单粗暴，但也非常实用。注意这些方法创建的线程安全集合，都符合迭代时 fail-fast 行为，当发生意外的并发修改时，尽早抛出 ConcurrentModificationException 异常，以避免不可预计的行为。
另外一个经常会被考察到的问题，就是理解 Java 提供的默认排序算法，具体是什么排序方式以及设计思路等。
这个问题本身就是有点陷阱的意味，因为需要区分是 Arrays.sort() 还是 Collections.sort() （底层是调用 Arrays.sort()）；什么数据类型；多大的数据集（太小的数据集，复杂排序是没必要的，Java 会直接进行二分插入排序）等。
- 对于原始数据类型，目前使用的是所谓双轴快速排序（Dual-Pivot QuickSort），是一种改进的快速排序算法，早期版本是相对传统的快速排序，你可以阅读源码。
- 而对于对象数据类型，目前则是使用TimSort，思想上也是一种归并和二分插入排序（binarySort）结合的优化排序算法。TimSort 并不是 Java 的独创，简单说它的思路是查找数据集中已经排好序的分区（这里叫 run），然后合并这些分区来达到排序的目的。
另外，Java 8 引入了并行排序算法（直接使用 parallelSort 方法），这是为了充分利用现代多核处理器的计算能力，底层实现基于 fork-join 框架（专栏后面会对 fork-join 进行相对详细的介绍），当处理的数据集比较小的时候，差距不明显，甚至还表现差一点；但是，当数据集增长到数万或百万以上时，提高就非常大了，具体还是取决于处理器和系统环境。
排序算法仍然在不断改进，最近双轴快速排序实现的作者提交了一个更进一步的改进，历时多年的研究，目前正在审核和验证阶段。根据作者的性能测试对比，相比于基于归并排序的实现，新改进可以提高随机数据排序速度提高 10%～20%，甚至在其他特征的数据集上也有几倍的提高，有兴趣的话你可以参考具体代码和介绍：
http://mail.openjdk.java.net/pipermail/core-libs-dev/2018-January/051000.html
在 Java 8 之中，Java 平台支持了 Lambda 和 Stream，相应的 Java 集合框架也进行了大范围的增强，以支持类似为集合创建相应 stream 或者 parallelStream 的方法实现，我们可以非常方便的实现函数式代码。
阅读 Java 源代码，你会发现，这些 API 的设计和实现比较独特，它们并不是实现在抽象类里面，而是以默认方法的形式实现在 Collection 这样的接口里！这是 Java 8 在语言层面的新特性，允许接口实现默认方法，理论上来说，我们原来实现在类似 Collections 这种工具类中的方法，大多可以转换到相应的接口上。针对这一点，我在面向对象主题，会专门梳理 Java 语言面向对象基本机制的演进。
在 Java 9 中，Java 标准类库提供了一系列的静态工厂方法，比如，List.of()、Set.of()，大大简化了构建小的容器实例的代码量。根据业界实践经验，我们发现相当一部分集合实例都是容量非常有限的，而且在生命周期中并不会进行修改。但是，在原有的 Java 类库中，我们可能不得不写成：
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Hello");
list.add("World");而利用新的容器静态工厂方法，一句代码就够了，并且保证了不可变性。
List<String> simpleList = List.of("Hello","world");更进一步，通过各种 of 静态工厂方法创建的实例，还应用了一些我们所谓的最佳实践，比如，它是不可变的，符合我们对线程安全的需求；它因为不需要考虑扩容，所以空间上更加紧凑等。
如果我们去看 of 方法的源码，你还会发现一个特别有意思的地方：我们知道 Java 已经支持所谓的可变参数（varargs），但是官方类库还是提供了一系列特定参数长度的方法，看起来似乎非常不优雅，为什么呢？这其实是为了最优的性能，JVM 在处理变长参数的时候会有明显的额外开销（网友奔跑的蜗牛笔记：java变长参数处理使用的是new一个新数组），如果你需要实现性能敏感的 API，也可以进行参考。
今天我从 Verctor、ArrayList、LinkedList 开始，逐步分析其设计实现区别、适合的应用场景等，并进一步对集合框架进行了简单的归纳，介绍了集合框架从基础算法到 API 设计实现的各种改进，希望能对你的日常开发和 API 设计能够有帮助。
一课一练
关于今天我们讨论的题目你做到心中有数了吗？留一道思考题给你，先思考一个应用场景，比如你需要实现一个云计算任务调度系统，希望可以保证 VIP 客户的任务被优先处理，你可以利用哪些数据结构或者标准的集合类型呢？更进一步讲，类似场景大多是基于什么数据结构呢？
其他经典回答
以下来自网友雷霹雳的爸爸 针对一课一练问题的回答：
在这个题目下，自然就会想到优先级队列了，但还需要额外考虑vip再分级，即同等级vip的平权的问题，所以应该考虑除了直接的和vip等级相关的优先级队列优先级规则问题，还得考虑同等级多个客户互相不被单一客户大量任务阻塞的问题，数据结构确实是基础，即便这个思考题考虑的这个场景，待调度数据估计会放在redis里面吧。
以下来自网友孙晓刚的回答：
精选第一个对于读写效率问题，我觉得表述有问欠缺，或者说不能那么绝对。
1、并不是所有的增删都会开辟新内存，没有开辟新内存的尾部增，效率也是杠杠的。
2、尾部删除也不需要开辟新内存，只是移出最后一个对象。
之前我也是接收了ArrayList的特性随机访问快，增删效率差。直到看到源码才知道，没那么绝对。
直接导致结果就是本身适合使用ArrayList的场景会因为这个笼统的说法而选LinkedList。
以下来自网友公号-技术夜未眠的回答：
Vector、ArrayList、LinkedList均为线型的数据结构，但是从实现方式与应用场景中又存在差别。
1 底层实现方式
ArrayList内部用数组来实现；LinkedList内部采用双向链表实现；Vector内部用数组实现。
2 读写机制
ArrayList在执行插入元素是超过当前数组预定义的最大值时，数组需要扩容，扩容过程需要调用底层System.arraycopy()方法进行大量的数组复制操作；在删除元素时并不会减少数组的容量（如果需要缩小数组容量，可以调用trimToSize()方法）；在查找元素时要遍历数组，对于非null的元素采取equals的方式寻找。
LinkedList在插入元素时，须创建一个新的Entry对象，并更新相应元素的前后元素的引用；在查找元素时，需遍历链表；在删除元素时，要遍历链表，找到要删除的元素，然后从链表上将此元素删除即可。
Vector与ArrayList仅在插入元素时容量扩充机制不一致。对于Vector，默认创建一个大小为10的Object数组，并将capacityIncrement设置为0；当插入元素数组大小不够时，如果capacityIncrement大于0，则将Object数组的大小扩大为现有size+capacityIncrement；如果capacityIncrement<=0,则将Object数组的大小扩大为现有大小的2倍。
3 读写效率
ArrayList对元素的增加和删除都会引起数组的内存分配空间动态发生变化。因此，对其进行插入和删除速度较慢，但检索速度很快。
LinkedList由于基于链表方式存放数据，增加和删除元素的速度较快，但是检索速度较慢。
4 线程安全性
ArrayList、LinkedList为非线程安全；Vector是基于synchronized实现的线程安全的ArrayList。
需要注意的是：单线程应尽量使用ArrayList，Vector因为同步会有性能损耗；即使在多线程环境下，我们可以利用Collections这个类中为我们提供的synchronizedList(List list)方法返回一个线程安全的同步列表对象。
问题回答
利用PriorityBlockingQueue或Disruptor可实现基于任务优先级为调度策略的执行调度系统。
以下来自网友约书亚针对一课一练的回答：
既然是Java的主题，那就用PriorityBlockingQueue吧。
如果是真实场景肯定会考虑高可用能持久化的方案。
其实我觉得应该参考银行窗口，同时三个窗口，就是三个队列，银台就是消费者线程，某一个窗口vip优先，没有vip时也为普通客户服务。要实现，要么有个dispatcher，要么保持vip通道不许普通进入，vip柜台闲时从其他队列偷。
以下来自网友linco_66针对一课一练的回答：
由于要处理的任务有前后顺序关系，所以首先想到使用优先队列。使用 PriorityQueue，将VIP用户的优先级设置为最高，优先处理。借鉴操作系统中的调度算法，对于其他用户，我们还可以设计各种公平的优先级选择算法（基于排队先后顺序，基于调度任务所需的时间长短（操作系统中的短作业优先算法）排序、高响应比（（所用时间+等待时间）/等待时间）优先进行排序），与 PriorityQueue 结合使用。
类似场景大多就是基于队列的数据结构了。实际工具的话，消息队列（MQ）就是很直接的例子了。可以使用消息队列对用户请求进行削锋操作，前台快速响应，后台私下进行处理操作。
除此之外可以想到优化：利用分布式系统的优点，将VIP用户的请求分发到运算力更高的服务器上进行处理。达到高可用的特点！
以下来自网友jackyz的回答：
集合：就像是一种容器。用于存储、获取、操作对象的容器。
1. 数组的弊端
①数组的长度不可变 ②数组没有提供可以查看有效元素个数的方法
2. 集合的特点
①集合的长度是可变的
②集合可以存储任意类型的对象
③集合只能存储对象
3. 集合框架
java.util.Collection : 集合层次的根接口
|--- java.util.List: 有序的，可以重复的。
|--- ArrayList: 采用数组结构存储元素。 查询操作多时选择
|--- LinkedList: 采用链表结构存储元素。 增删操作多时选择
|--- Vector:
|--- java.util.Set: 无序的，不允许重复。
|--- HashSet : 是 Set 接口的典型实现类。
判断元素是否存在的依据是：先比较 hashCode 值，若 hashCode 存在，再通过 equals() 比较内容
若 hashCode 值不存在，则直接存储
注意：重写 hashCode 和 equals 二者需要保持一致！
|--- LinkedHashSet: 相较于 HashSet 多了链表维护元素的顺序。遍历效率高于 HashSet ， 增删效率低于 HashSet
|--- TreeSet : 拥有自己排序方式
|-- 自然排序（Comparable）：
①需要添加 TreeSet 集合中对象的类实现 Comparable 接口
②实现 compareTo(Object o) 方法
|-- 定制排序（Comparator）
①创建一个类实现 Comparator 接口
②实现 compare(Object o1, Object o2) 方法
③将该实现类的实例作为参数传递给 TreeSet 的构造器