Week 2 - Java 容器 - 詳細剖析 List 之 ArrayList, Vector, LinkedList

前言

學習狀況記錄

• 時間：week 2
• SMART子目標 ：Java 容器

記錄在學習Java容器 知識點中，關於List的須要重點記錄的知識點。

知識點概覽：

• ArrayList 與 LinkedList對比
• ArrayList 中的 RandomAccess 接口 是什麼？
• LinkedList 中的 Deque 接口 是什麼？
• 老調常談 之 ArrayList 擴容機制
• ArrayList 與 Vector 對比

ArrayList 與 LinkedList對比

1. 底層數據結構：

   • ArrayList 底層使用的Object數組，默認大小 10。

     **

   • LinkedList 底層使用的是雙向鏈表數據結構（JDK1.6以前爲循環鏈表，JDK1.7取消了循環。注意雙向鏈表和雙向循環鏈表的區別）。LinkedList 包含了3個重要的成員：size、first、last。size是雙向鏈表中節點的個數，first和last分別指向第一個和最後一個節點的引用。

     

2. 插入和刪除是否受元素位置的影響：

   • 因爲底層實現的影響，ArrayList 採用數組存儲，因此插入和刪除元素的時間複雜度受元素位置的影響。好比：執行add(E e)方法的時候， ArrayList 會默認在將指定的元素追加到此列表的末尾，這種狀況時間複雜度就是O(1)。可是若是要在指定位置 i 插入和刪除元素的話（add(int index, E element)）時間複雜度就爲 O(n-i)。由於在進行上述操做的時候集合中第 i 和第 i 個元素以後的(n-i)個元素都要執行向後位/向前移一位的操做。實際就是近似O(n)。
   • 而LinkedList 採用鏈表存儲，因此插入，刪除元素時間複雜度不受元素位置的影響，都是近似 O（1）
3. 是否支持快速隨機訪問：這個也是由底層實現決定的，LinkedList 不支持高效的隨機元素訪問，而 ArrayList 支持。快速隨機訪問就是經過元素的序號快速獲取元素對象(對應於get(int index)方法)。
4. 內存空間佔用：ArrayList的空間浪費主要體如今在list列表的結尾會預留必定的容量空間，而LinkedList的空間花費則體如今它的每個元素都須要消耗比ArrayList更多的空間（由於要存放prev 指針和next 指針以及數據）。

ArrayList 中的 RandomAccess 接口 是什麼？

前面的圖中咱們能夠看到ArrayList 繼承了三個接口，後面兩個都是比較熟悉的，分別是標識對象可複製和可序列化。

那麼RandomAccess 接口表明什麼呢？

前面的關於ArrayList 與 LinkedList 的對比當中，有一點就是，

是否支持快速隨機訪問：這個也是由底層實現決定的，LinkedList 不支持高效的隨機元素訪問，而 ArrayList 支持。 快速隨機訪問就是經過元素的序號快速獲取元素對象(對應於 get(int index)方法)。

而RandomAccess 接口 就是用來 標識該類支持快速隨機訪問。 查看源碼能夠發現，這個接口內部沒有任何的定義。僅僅是起標識做用。

好比在Collections.binarySearch()方法中，

實現了RandomAccess接口的List使用索引遍歷，而未實現RandomAccess接口的List使用迭代器遍歷。

總結一句話：實現RandomAccess接口的List能夠經過for循環來遍歷數據比使用iterator遍歷數據更高效，未實現RandomAccess接口的List能夠經過iterator遍歷數據比使用for循環來遍歷數據更高效。固然對於ArrayList來講，for循環遍歷和Iterator方式遍歷差距不大，可是對於LinkedList這種沒有實現的來講，兩種遍歷方式效率差距就有點大了。這主要是由於底層實現不一樣。

LinkedList 中的 Deque 接口是什麼？

與 ArrayList 相對應的，LinkedList 中也有一個值得好好研究的接口，那就是Deque 接口。

Deque - double-ended queue，中文名爲雙端隊列。

咱們都知道 Queue 是一個隊列，遵循 FIFO 準則，咱們也知道 Stack 是一個棧結構，遵循 FILO 準則。 而Deque 這個雙端隊列就厲害了,它既能夠實現棧的操做，也能夠實現隊列的操做，換句話說，實現了這個接口的類，既能夠做爲棧使用也能夠做爲隊列使用。

如何做爲隊列使用呢？ Deque 實現了 Queue，因此 Queue 全部的方法 Deque 都有，下面比較的是Deque區別 Queue 的方法：

Queue	Deque
add(e)	addLast()
offer(e)	offerLast()
remove()	removeFirst()
poll()	pollFirst()
element()	getFirst()
peek()	peekFirst()

如何做爲棧使用呢？ 下面咱們來看看下雙端隊列做爲棧 Stack使用的時候方法對應關係。

Stack	Deque
push(e)	addFirst(e)
pop()	removeFirst()
peek()	peekFirst()

由於篇幅有限，具體實現源碼就不帶你們去分析了。

引一篇好文：搞懂 Java LinkedList 源碼

老調常談 之 ArrayList 擴容機制

這是一個很頻繁的面試點，故記錄一下。

如下是源碼部分。

1. 從 add()方法開始入手
2. ensureCapacityInternal(size + 1) 確認當前數組能否容納 size + 1 個元素，若是不夠進行擴容

3. grow(minCapacity) 這就是具體擴容的邏輯

   • 新容量的大小爲 oldCapacity + (oldCapacity >> 1)，也就是舊容量的1.5倍
   • 擴容操做 須要 調用 Arrays.copyOf()這個方法，把原數組整個複製到新數組中，這個操做代價很高，因此 不少地方包括阿里開發手冊上也會建議 在集合初始化的時候就指定好大概的容量大小，減小擴容的次數。

ArrayList 與 Vector 對比

ArrayList 與 Vector 的底層實現都是 Object 數組，因此二者使用和特性上很是相似。

不一樣的是，

• Vector 是線程安全的，內部使用了synchronized 進行同步。這致使了 Vector 性能很是很差。相比較的話，推薦用ArrayList，而後本身控制同步。
• Vector 每次擴容都是2 倍大小，而不是1.5

  

若是是想要達到線程安全的目的，Vector 有其餘的替代方案：

• 使用 Collections.synchronizedList() 獲得一個線程安全的ArrayList（這類的Collections.synchronized*() 就是一層Wrapper，看源碼就知道了）
• 也可使用J.U.C中的 CopyOnWriteArrayList 讀寫分離，後面的內容會有詳細介紹

參考

1. 搞懂 Java LinkedList 源碼
2. 《碼出高效》
3. 《瘋狂Java講義》
4. github cs-note
5. java guide