List集合就这么简单【源码剖析】

前言

声明，本文用得是jdk1.8

前一篇已经讲了Collection的总览：Collection总览，介绍了一些基础知识。

如今这篇主要讲List集合的三个子类：

• ArrayList

  • 底层数据结构是数组。线程不安全

• LinkedList

  • 底层数据结构是链表。线程不安全

• Vector

  • 底层数据结构是数组。线程安全

这篇主要来看看它们比较重要的方法是如何实现的，须要注意些什么，最后比较一下哪一个时候用哪一个～

看这篇文章以前最好是有点数据结构的基础：Java实现单向链表，栈和队列就是这么简单，二叉树就这么简单

固然了，若是讲得有错的地方还请你们多多包涵并不吝在评论去指正～

1、ArrayList解析

首先，咱们来说解的是ArrayList集合，它是咱们用得很是很是多的一个集合~

首先，咱们来看一下ArrayList的属性：

根据上面咱们能够清晰的发现：ArrayList底层其实就是一个数组，ArrayList中有扩容这么一个概念，正由于它扩容，因此它可以实现“动态”增加

1.2构造方法

咱们来看看构造方法来印证咱们上面说得对不对：

1.3Add方法

add方法能够说是ArrayList比较重要的方法了，咱们来总览一下：

1.3.1add(E e)

步骤：

• 检查是否须要扩容
• 插入元素

首先，咱们来看看这个方法：

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

该方法很短，咱们能够根据方法名就猜到他是干了什么：

• 确认list容量，尝试容量加1，看看有无必要
• 添加元素

接下来咱们来看看这个小容量(+1)是否知足咱们的需求：

随后调用ensureExplicitCapacity()来肯定明确的容量，咱们也来看看这个方法是怎么实现的：

因此，接下来看看grow()是怎么实现的~

进去看copyOf()方法：

到目前为止，咱们就能够知道add(E e)的基本实现了：

• 首先去检查一下数组的容量是否足够

  • 足够：直接添加

  • 不足够：扩容

    • 扩容到原来的1.5倍
    • 第一次扩容后，若是容量仍是小于minCapacity，就将容量扩充为minCapacity。

1.3.2add(int index, E element)

步骤：

• 检查角标
• 空间检查，若是有须要进行扩容
• 插入元素

咱们来看看插入的实现：

咱们发现，与扩容相关ArrayList的add方法底层其实都是arraycopy()来实现的

看到arraycopy()，咱们能够发现：该方法是由C/C++来编写的，并非由Java实现：

总的来讲：arraycopy()仍是比较可靠高效的一个方法。

参考R大回答：https://www.zhihu.com/question/53749473

1.4 get方法

• 检查角标
• 返回元素

// 检查角标
   private void rangeCheck(int index) {
        if (index >= size)
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }
    
    // 返回元素
    E elementData(int index) {
        return (E) elementData[index];
    }

1.5 set方法

步骤：

• 检查角标
• 替代元素
• 返回旧值

1.6remove方法

步骤：

• 检查角标
• 删除元素
• 计算出须要移动的个数，并移动
• 设置为null，让Gc回收

1.7细节再说明

• ArrayList是基于动态数组实现的，在增删时候，须要数组的拷贝复制。
• ArrayList的默认初始化容量是10，每次扩容时候增长原先容量的一半，也就是变为原来的1.5倍
• 删除元素时不会减小容量，若但愿减小容量则调用trimToSize()
• 它不是线程安全的。它能存放null值。

参考资料：

• https://blog.csdn.net/panweiwei1994/article/details/76760238
• https://zhuanlan.zhihu.com/p/27878015

2、Vector与ArrayList区别

Vector是jdk1.2的类了，比较老旧的一个集合类。

Vector底层也是数组，与ArrayList最大的区别就是：同步(线程安全)

Vector是同步的，咱们能够从方法上就能够看得出来~

在要求非同步的状况下，咱们通常都是使用ArrayList来替代Vector的了~

若是想要ArrayList实现同步，可使用Collections的方法：List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList(...));，就能够实现同步了~

还有另外一个区别：

• ArrayList在底层数组不够用时在原来的基础上扩展0.5倍，Vector是扩展1倍。、

Vector源码的解析可参考：

• https://blog.csdn.net/panweiwei1994/article/details/76972890
• https://zhuanlan.zhihu.com/p/28241176

3、LinkedList解析

LinkedList底层是双向链表~若是对于链表不熟悉的同窗可先看看个人单向链表(双向链表的练习我还没作)【Java实现单向链表】

理解了单向链表，双向链表也就不难了。

从结构上，咱们还看到了LinkedList实现了Deque接口，所以，咱们能够操做LinkedList像操做队列和栈同样~

LinkedList变量就这么几个，由于咱们操做单向链表的时候也发现了：有了头结点，其余的数据咱们均可以获取获得了。(双向链表也同理)

3.1构造方法

LinkedList的构造方法有两个：

3.2add方法

若是作过链表的练习，对于下面的代码并不陌生的~

• add方法实际上就是往链表最后添加元素

public boolean add(E e) {
        linkLast(e);
        return true;
    }

    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++;
        modCount++;
    }

3.3remove方法

实际上就是下面那个图的操做：

3.4get方法

能够看到get方法实现就两段代码：

public E get(int index) {
        checkElementIndex(index);
        return node(index).item;
    }

咱们进去看一下具体的实现是怎么样的：

3.5set方法

set方法和get方法其实差很少，根据下标来判断是从头遍历仍是从尾遍历

public E set(int index, E element) {
        checkElementIndex(index);
        Node<E> x = node(index);
        E oldVal = x.item;
        x.item = element;
        return oldVal;
    }

---

......LinkedList的方法比ArrayList的方法多太多了，这里我就不一一说明了。具体可参考：

• https://blog.csdn.net/panweiwei1994/article/details/77110354
• https://zhuanlan.zhihu.com/p/24730576
• https://zhuanlan.zhihu.com/p/28373321

4、总结

其实集合的源码看起来并非很困难，遇到问题能够翻一翻，应该是可以看懂的~

ArrayList、LinkedList、Vector算是在面试题中比较常见的的知识点了。下面我就来作一个简单的总结：

ArrayList：

• 底层实现是数组
• ArrayList的默认初始化容量是10，每次扩容时候增长原先容量的一半，也就是变为原来的1.5倍
• 在增删时候，须要数组的拷贝复制(navite 方法由C/C++实现)

LinkedList：

• 底层实现是双向链表[双向链表方便实现往前遍历]

Vector：

• 底层是数组，如今已少用，被ArrayList替代，缘由有两个：

  • Vector全部方法都是同步，有性能损失。
  • Vector初始length是10 超过length时 以100%比率增加，相比于ArrayList更多消耗内存。
  • 参考资料：https://www.zhihu.com/question/31948523/answer/113357347

总的来讲：查询多用ArrayList，增删多用LinkedList。

ArrayList增删慢不是绝对的(在数量大的状况下，已测试)：

• 若是增长元素一直是使用add()(增长到末尾)的话，那是ArrayList要快
• 一直删除末尾的元素也是ArrayList要快【不用复制移动位置】
• 至于若是删除的是中间的位置的话，仍是ArrayList要快！

但通常来讲：增删多仍是用LinkedList，由于上面的状况是极端的~

参考资料：

• https://blog.csdn.net/panweiwei1994/article/details/76555359
• https://zhuanlan.zhihu.com/p/28216267
• 《Core Java》

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