List集合就這麼簡單【源碼剖析】

時間 2019-12-05

標籤 list 集合簡單源碼剖析欄目快樂工作简体版

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前言

聲明，本文用得是jdk1.8

前一篇已經講了Collection的總覽：Collection總覽，介紹了一些基礎知識。java

如今這篇主要講List集合的三個子類：node

ArrayList面試
- 底層數據結構是數組。線程不安全
LinkedListc#
- 底層數據結構是鏈表。線程不安全
Vector數組
- 底層數據結構是數組。線程安全

這篇主要來看看它們比較重要的方法是如何實現的，須要注意些什麼，最後比較一下哪一個時候用哪一個～安全

看這篇文章以前最好是有點數據結構的基礎：Java實現單向鏈表，棧和隊列就是這麼簡單，二叉樹就這麼簡單微信

固然了，若是講得有錯的地方還請你們多多包涵並不吝在評論去指正～數據結構

1、ArrayList解析

首先，咱們來說解的是ArrayList集合，它是咱們用得很是很是多的一個集合~post

首先，咱們來看一下ArrayList的屬性：性能

根據上面咱們能夠清晰的發現：ArrayList底層其實就是一個數組，ArrayList中有擴容這麼一個概念，正由於它擴容，因此它可以實現「動態」增加

1.2構造方法

咱們來看看構造方法來印證咱們上面說得對不對：

1.3Add方法

add方法能夠說是ArrayList比較重要的方法了，咱們來總覽一下：

1.3.1add(E e)

步驟：

檢查是否須要擴容
插入元素

首先，咱們來看看這個方法：

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

該方法很短，咱們能夠根據方法名就猜到他是幹了什麼：

確認list容量，嘗試容量加1，看看有無必要
添加元素

接下來咱們來看看這個小容量(+1)是否知足咱們的需求：

隨後調用ensureExplicitCapacity()來肯定明確的容量，咱們也來看看這個方法是怎麼實現的：

因此，接下來看看grow()是怎麼實現的~

進去看copyOf()方法：

到目前爲止，咱們就能夠知道add(E e)的基本實現了：

首先去檢查一下數組的容量是否足夠
- 足夠：直接添加
- 不足夠：擴容
  - 擴容到原來的1.5倍
  - 第一次擴容後，若是容量仍是小於minCapacity，就將容量擴充爲minCapacity。

1.3.2add(int index, E element)

步驟：

檢查角標
空間檢查，若是有須要進行擴容
插入元素

咱們來看看插入的實現：

咱們發現，與擴容相關ArrayList的add方法底層其實都是arraycopy()來實現的

看到arraycopy()，咱們能夠發現：該方法是由C/C++來編寫的，並非由Java實現：

總的來講：arraycopy()仍是比較可靠高效的一個方法。

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

1.4 get方法

檢查角標
返回元素

// 檢查角標
   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

步驟：

檢查角標
替代元素
返回舊值

1.6remove方法

步驟：

檢查角標
刪除元素
計算出須要移動的個數，並移動
設置爲null，讓Gc回收

1.7細節再說明

ArrayList是基於動態數組實現的，在增刪時候，須要數組的拷貝複製。
ArrayList的默認初始化容量是10，每次擴容時候增長原先容量的一半，也就是變爲原來的1.5倍
刪除元素時不會減小容量，若但願減小容量則調用trimToSize()
它不是線程安全的。它能存放null值。

參考資料：

2、Vector與ArrayList區別

Vector是jdk1.2的類了，比較老舊的一個集合類。

Vector底層也是數組，與ArrayList最大的區別就是：同步(線程安全)

Vector是同步的，咱們能夠從方法上就能夠看得出來~

在要求非同步的狀況下，咱們通常都是使用ArrayList來替代Vector的了~

若是想要ArrayList實現同步，可使用Collections的方法：List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList(...));，就能夠實現同步了~

還有另外一個區別：

ArrayList在底層數組不夠用時在原來的基礎上擴展0.5倍，Vector是擴展1倍。、

Vector源碼的解析可參考：

3、LinkedList解析

LinkedList底層是雙向鏈表~若是對於鏈表不熟悉的同窗可先看看個人單向鏈表(雙向鏈表的練習我還沒作)【Java實現單向鏈表】

理解了單向鏈表，雙向鏈表也就不難了。

從結構上，咱們還看到了LinkedList實現了Deque接口，所以，咱們能夠操做LinkedList像操做隊列和棧同樣~

LinkedList變量就這麼幾個，由於咱們操做單向鏈表的時候也發現了：有了頭結點，其餘的數據咱們均可以獲取獲得了。(雙向鏈表也同理)

3.1構造方法

LinkedList的構造方法有兩個：

3.2add方法

若是作過鏈表的練習，對於下面的代碼並不陌生的~

add方法實際上就是往鏈表最後添加元素

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

實際上就是下面那個圖的操做：

3.4get方法

能夠看到get方法實現就兩段代碼：

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

咱們進去看一下具體的實現是怎麼樣的：

3.5set方法

set方法和get方法其實差很少，根據下標來判斷是從頭遍歷仍是從尾遍歷

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，這裏我就不一一說明了。具體可參考：

4、總結

其實集合的源碼看起來並非很困難，遇到問題能夠翻一翻，應該是可以看懂的~

ArrayList、LinkedList、Vector算是在面試題中比較常見的的知識點了。下面我就來作一個簡單的總結：

ArrayList：

底層實現是數組
ArrayList的默認初始化容量是10，每次擴容時候增長原先容量的一半，也就是變爲原來的1.5倍
在增刪時候，須要數組的拷貝複製(navite 方法由C/C++實現)

LinkedList：

底層實現是雙向鏈表[雙向鏈表方便實現往前遍歷]

Vector：

底層是數組，如今已少用，被ArrayList替代，緣由有兩個：
- Vector全部方法都是同步，有性能損失。
- Vector初始length是10 超過length時以100%比率增加，相比於ArrayList更多消耗內存。
- 參考資料：https://www.zhihu.com/question/31948523/answer/113357347

總的來講：查詢多用ArrayList，增刪多用LinkedList。

ArrayList增刪慢不是絕對的(在數量大的狀況下，已測試)：