淺談java中的ArrayList 和 LinkedList 和 Vector 的區別（部分源碼分析）

參考博客：

blog.csdn.net/kangxidageg…

blog.csdn.net/qq_25806863…

在java中，Collection是必須瞭解的。

Collection主要爲兩大分類，一是鏈表List，一是集合Set（固然還有其餘分支）。如今咱們把注意力放到鏈表List上面來，鏈表List是咱們再平常的開發中常常會用到的數據結構。

List主要分爲三大類，ArrayList,LinkedList,Vector。那麼，接下來咱們來了解這三個數據結構。

ArrayList的源碼分析：

ArrayList是咱們最經常使用的數據結構，可是，咱們有沒有去真正的瞭解這個數據結構呢，有沒有去了解一下這個數據結構的內部源碼呢？

從這部分的源碼能夠看出，ArrayList是List的實現類，也是能夠序列化的，並且它的初始容量是10。

從這部分能夠看出，ArrayList是能夠在建立的時候指定集合的長度的。

List<String> list1=new ArrayList<>();
  List<String> list2=new ArrayList<>(20);
複製代碼

咱們能夠看到，list2就是我指定長度爲20建立的。讓咱們繼續來看源碼。

經過addAll()方法，咱們來追蹤到了當容量不夠的時候，ArrayList的擴容方法，也就是如圖的grow()方法。 代碼以下：

private void grow(int minCapacity) {
       int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
          newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
          newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }
複製代碼

從代碼中咱們能夠看出，參數minCapacity是當前集合須要的容量，參數oldCapacity是以前集合的容量，參數newCapacity是根據舊的集合容量擴充後的容量長度，擴充方法是：

int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1)
複製代碼

是經過二進制的位移方法計算的，當參數oldCapacity爲10的時候，也就是「1010」，向右位移一位ie，變成了「101」，換算成10進制，那就是5，也就是說，當oldCapacity爲10的時候，通過計算後的newCapacity是變成了15，這也就是咱們常常說的，ArrayList的擴充方式是擴充1.5倍。

固然，實際的擴充方法沒有說的這麼簡單，咱們發現當發現咱們擴充後的容量仍是小於須要的容量的時候，咱們直接將須要的容量設置爲當前的集合的容量大小，這個時候，是沒有遵循1.5倍的擴充邏輯的。

並且，ArrayList集合的容量大小，實際上是不能大於「Integer.MAX_VALUE - 8」的（也就是int的最大值減去8）,當大於這個值了，那麼就會設置當前集合的容量爲Integer.MAX_VALUE。而到這裏，也是沒有遵循ArrayList的1.5倍擴充機制的。

Vector的源碼分析：

Vector實際上是和ArrayList的模式有極多類似之處，經過源碼咱們能夠來分析一下：

在這裏，咱們看到了，雖然Vector和ArrayList有不少類似的地方，可是Vector在這裏有了一個參數是ArrayList沒有的，就是參數capacityIncrement。

參數capacityIncrement是Vector的擴容增長量，是能夠人爲添加修改的，初始化是在Vector的構造函數裏面，以下圖：

而這個參數，是ArrayList裏面沒有的。

固然，ArrayList中一樣也有Vector中沒有的參數，Vector是沒有默認容量長度這個參數的，由於當你寫代碼的時候，以下：

List<String> list=new Vector<>();
複製代碼

這個時候，雖然咱們沒有設置Vector的默認長度，可是咱們深刻到源碼中去看，發現實際調用了Vector的另一個構造函數，給Vector設置默認的容量長度10。源碼以下：

接下來，讓咱們來分析一下Vector的擴容機制吧。

在上面，咱們有說到，Vector是能夠本身設置擴容增長量的，那麼，咱們跟蹤一下代碼，來看看Vector的擴容機制吧。

在這段源碼中，咱們能夠看到，這個方法是由synchronized修飾的，也就是說Vector是線程安全的。不過咱們暫時不討論這點，繼續往下看。

好的，咱們將擴容的方法grow()的代碼複製過來，以下：

private void grow(int minCapacity) {
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ?capacityIncrement : oldCapacity);
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
             newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }
複製代碼

參數capacityIncrement就是咱們設置的擴容增長量，當咱們給capacityIncrement賦值了，那麼擴容的時候就根據咱們的設置擴容，不然就直接翻倍。

int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ?capacityIncrement : oldCapacity);
複製代碼

後面的代碼咱們不作詳細分析了，由於是和ArrayList裏的擴容機制是同樣的。

LinkedList的源碼分析：

LinkedList和ArrayList和Vector是徹底不一樣的，在以前的源碼分析中咱們能夠看到，ArrayList和Vector的底層都是數組，而LinkedList的底層是大相徑庭的，它底層是鏈表，那麼咱們經過源碼來了解一下LinkedList吧。

這段源碼中出現的三個參數，都是由transient修飾的，也就是表明着不能被序列化。

看到這裏，咱們發現LinkedList的底層是一個雙向鏈表，由於它一個節點包含了兩個指針，一個前指針，指向前一個元素，一個後指針，指向後一個元素。

還有一部分關於構造函數的和其餘添加刪除的方法函數，我就不展示源碼給你們了，一個帶參數的構造，一個不帶參數的構造，你們能夠本身去看看源碼。

ArrayList 和 LinkedList 和 Vector 的區別：

ArrayList:

ArrayList是底層是由可變長度數組（當元素個數超過數組的長度時，會產生一個新的數組，將原數組的數據複製到新數組，再將新的元素添加到新數組中。）組成的，初始容量爲10，擴充通常擴充1.5倍。它是線程不安全的，查詢速度比較快，刪減增長速度比較慢。

Vector:

Vector的底層也是由可變長度數組（當元素個數超過數組的長度時，會產生一個新的數組，將原數組的數據複製到新數組，再將新的元素添加到新數組中。）組成的，初始容量也是10，擴充通常默認狀況下擴充爲2倍。它是線程安全的，它大部分的方法都包含關鍵字synchronized，因此不論是查詢速度仍是刪減增長速度都是比較慢。

ArrayList和Vector中，從指定的位置檢索一個對象，或在集合的末尾插入、刪除一個元素的時間是同樣的，時間複雜度都是O（1）。可是若是在其餘位置增長或者刪除元素花費的時間是O（n）。

LinkedList:

LinkedList的底層是雙向鏈表，是線程不安全的。

LinkedList中，在插入、刪除任何位置的元素所花費的時間都是同樣的，時間複雜度都爲O（1），可是他在檢索一個元素的時間複雜度爲O（n）

擴展：

O（1）和O（n）:

在描述算法複雜度時,常常用到o(1), o(n), o(logn), o(nlogn)來表示對應算法的時間複雜度, 這裏進行概括一下它們表明的含義: 這是算法的時空複雜度的表示。不只僅用於表示時間複雜度，也用於表示空間複雜度。

O（n）:O後面的括號中有一個函數，指明某個算法的耗時/耗空間與數據增加量之間的關係。其中的n表明輸入數據的量。 表明數據量增大幾倍，耗時也增大幾倍。好比常見的遍歷算法。

O（1）:就是最低的時空複雜度了，也就是耗時/耗空間與輸入數據大小無關，不管輸入數據增大多少倍，耗時/耗空間都不變。 哈希算法就是典型的O(1)時間複雜度，不管數據規模多大，均可以在一次計算後找到目標（不考慮衝突的話）

數組和鏈表:

一. 數組

數組靜態分配內存。

缺點：在內存中，數組是一塊連續的區域。數組須要預留空間，每次申請數組以前必須規定數組的大小，若是大小不合理，則可能會浪費內存。並且它對內存空間要求高，必須有足夠的連續內存空間。並且數組大小固定，不能動態拓展。

優勢：數組利用下標定位，時間複雜度爲O(1)，數組插入或刪除元素的時間複雜度O(n)。

二. 鏈表

鏈表動態分配內存。

優勢：鏈表在內存中是不連續的，插入刪除速度快（由於有next指針指向其下一個節點，經過改變指針的指向能夠方便的增長刪除元素）。 內存利用率高，不會浪費內存（可使用內存中細小的不連續空間（大於node節點的大小），而且在須要空間的時候才建立空間）。 大小沒有固定，拓展很靈活。

缺點：不能隨機查找，必須從第一個開始遍歷，查找效率低。

單鏈表和雙鏈表的區別:

單鏈表只有一個指向下一結點的指針，也就是隻能next。 雙鏈表除了有一個指向下一結點的指針外，還有一個指向前一結點的指針，能夠經過prev()快速找到前一結點，顧名思義，單鏈表只能單向讀取。

雙鏈表的優勢：

一、刪除單鏈表中的某個結點時，必定要獲得待刪除結點的前驅，獲得該前驅有兩種方法，第一種方法是在定位待刪除結點的同時一路保存當前結點的前驅。第二種方法是在定位到待刪除結點以後，從新從單鏈表表頭開始來定位前驅。儘管一般會採用方法一。但其實這兩種方法的效率是同樣的，指針的總的移動操做都會有2*i次。而若是用雙向鏈表，則不須要定位前驅結點。所以指針總的移動操做爲i次。

二、查找時也同樣，咱們能夠借用二分法的思路，從head（首節點）向後查找操做和last（尾節點）向前查找操做同步進行，這樣雙鏈表的效率能夠提升一倍。

爲何目前市場應用上單鏈表的應用要比雙鏈表的應用要普遍的多呢？

從存儲結構來看，每一個雙鏈表的節點要比單鏈表的節點多一個指針，而長度爲n就須要 n*length（這個指針的length在32位系統中是4字節，在64位系統中是8個字節） 的空間，這在一些追求時間效率不高應用下並不適應，由於它佔用空間大於單鏈表所佔用的空間；這時設計者就會採用以時間換空間的作法，使用單鏈表，這時一種工程整體上的衡量。