java 集合系列目录:
Java 集合系列 03 ArrayList详细介绍(源码解析)和使用示例
Java 集合系列 04 LinkedList详细介绍(源码解析)和使用示例
Java 集合系列 05 Vector详细介绍(源码解析)和使用示例
Java 集合系列 06 Stack详细介绍(源码解析)和使用示例
Java 集合系列 07 List总结(LinkedList, ArrayList等使用场景和性能分析)
第1部分 List概括
先回顾一下List的框架图
(01) List 是一个接口,它继承于Collection的接口。它代表着有序的队列。
(02)
AbstractList 是一个抽象类,它继承于AbstractCollection。AbstractList实现List接口中除size()、get(int
location)之外的函数。
(03) AbstractSequentialList
是一个抽象类,它继承于AbstractList。AbstractSequentialList
实现了“链表中,根据index索引值操作链表的全部函数”。
(04) ArrayList, LinkedList, Vector,
Stack是List的4个实现类。
ArrayList
是一个数组队列,相当于动态数组。它由数组实现,随机访问效率高,随机插入、随机删除效率低。
LinkedList
是一个双向链表。它也可以被当作堆栈、队列或双端队列进行操作。LinkedList随机访问效率低,但随机插入、随机删除效率低。
Vector
是矢量队列,和ArrayList一样,它也是一个动态数组,由数组实现。但是ArrayList是非线程安全的,而Vector是线程安全的。
Stack
是栈,它继承于Vector。它的特性是:先进后出(FILO, First In Last Out)。
第2部分 List使用场景
下面先概括的说明一下各个List的使用场景,后面再分析原因。
如果涉及到“栈”、“队列”、“链表”等操作,应该考虑用List,具体的选择哪个List,根据下面的标准来取舍。
(01)
对于需要快速插入,删除元素,应该使用LinkedList。
(02)
对于需要快速随机访问元素,应该使用ArrayList。
(03) 对于“单线程环境”
或者
“多线程环境,但List仅仅只会被单个线程操作”,此时应该使用非同步的类(如ArrayList)。
对于“多线程环境,且List可能同时被多个线程操作”,此时,应该使用同步的类(如Vector)。
通过下面的测试程序,我们来验证上面的(01)和(02)结论。参考代码如下:
1 /** 2 * 对比ArrayList和LinkedList的插入、随机读取效率、删除的效率 3 * 4 * @ClassName: List_test_1 5 * @author Xingle 6 * @date 2014-5-29 下午5:25:11 7 */ 8 public class List_test_1 { 9 private static int COUNT_ = 100000; 10 11 private static LinkedList<Integer> linkedList = new LinkedList<Integer>(); 12 private static ArrayList<Integer> arraylist = new ArrayList<Integer>(); 13 private static Vector<Integer> vector = new Vector<Integer>(); 14 private static Stack<Integer> stack = new Stack<Integer>(); 15 16 public static void main(String[] args) { 17 // 插入 18 insertByPosition(stack); 19 insertByPosition(linkedList); 20 insertByPosition(arraylist); 21 insertByPosition(vector); 22 23 24 // 读取 25 readByPosition(stack); 26 readByPosition(linkedList); 27 readByPosition(arraylist); 28 readByPosition(vector); 29 30 31 // 删除 32 deleteByPosition(stack); 33 deleteByPosition(linkedList); 34 deleteByPosition(arraylist); 35 deleteByPosition(vector); 36 37 38 } 39 40 /** 41 * 从list的指定位置删除COUNT个元素,并统计时间 42 * 43 * @author xingle 44 * @data 2014-5-29 下午5:33:55 45 */ 46 private static void deleteByPosition(List<Integer> list) { 47 long start = getCurrentTime(); 48 for (int i = 0; i < COUNT_; i++) { 49 list.remove(0); 50 } 51 long end = getCurrentTime(); 52 long interval = end - start; 53 System.out.println(getListName(list) + " : delete " + COUNT_ 54 + " delete "+COUNT_+" elements from the 1st position use time:" + interval 55 + " ms"); 56 57 } 58 59 /** 60 * 根据position,从list中读取元素,并统计时间 61 * 62 * @param list 63 * @author xingle 64 * @data 2014-5-29 下午5:32:58 65 */ 66 private static void readByPosition(List<Integer> list) { 67 long start = getCurrentTime(); 68 for (int i = 0; i < COUNT_; i++) { 69 list.get(i); 70 } 71 long end = getCurrentTime(); 72 long interval = end - start; 73 System.out.println(getListName(list) + " : read " + COUNT_ 74 + " elements by position use time:" + interval 75 + " ms"); 76 77 } 78 79 /** 80 * 向list的指定位置插入COUNT个元素,并统计时间 81 * 82 * @param list 83 * @author xingle 84 * @data 2014-5-29 下午5:32:16 85 */ 86 private static void insertByPosition(List<Integer> list) { 87 long start = getCurrentTime(); 88 for (int i = 0; i < COUNT_; i++) { 89 list.add(0, i); 90 } 91 long end = getCurrentTime(); 92 long interval = end - start; 93 System.out.println(getListName(list) + " : insert " + COUNT_ 94 + " elements into the 1st position use time:" + interval 95 + " ms"); 96 } 97 98 /** 99 * 获取list名称 100 * 101 * @return 102 * @author xingle 103 * @data 2014-5-29 下午5:38:02 104 */ 105 private static String getListName(List<Integer> list) { 106 if (list instanceof LinkedList) 107 return "LinkedList"; 108 else if (list instanceof ArrayList) 109 return "ArrayList"; 110 else if (list instanceof Stack) 111 return "Stack"; 112 else if(list instanceof Vector) 113 return "Vector"; 114 else 115 return "List"; 116 } 117 118 /** 119 * 获取当前时间 120 * 121 * @return 122 * @author xingle 123 * @data 2014-5-29 下午5:35:33 124 */ 125 private static long getCurrentTime() { 126 return System.currentTimeMillis(); 127 } 128 129 }
执行结果:
Stack : insert 100000 elements into the 1st position use time:1724
ms
LinkedList : insert 100000 elements into the 1st position use time:31 ms
ArrayList : insert 100000
elements into the 1st position use time:1724 ms
Vector : insert 100000
elements into the 1st position use time:1651 ms
Stack : read 100000 elements
by position use time:9 ms
LinkedList : read 100000 elements by position use
time:8969 ms
ArrayList : read
100000 elements by position use time:10 ms
Vector : read 100000 elements by
position use time:10 ms
Stack : delete 100000 delete 100000 elements from the
1st position use time:2674 ms
LinkedList : delete 100000 delete 100000
elements from the 1st position use time:23 ms
ArrayList : delete 100000 delete
100000 elements from the 1st position use time:2757 ms
Vector : delete 100000
delete 100000 elements from the 1st position use time:2087 ms
从中,我们可以发现:
插入10万个元素,LinkedList所花时间最短:31ms。
删除10万个元素,LinkedList所花时间最短:23ms。
遍历10万个元素,LinkedList所花时间最长:8969
ms;而ArrayList、Stack和Vector则相差不多,都只用了几秒。
考虑到Vector是支持同步的,而Stack又是继承于Vector的;因此,得出结论:
(01)
对于需要快速插入,删除元素,应该使用LinkedList。
(02)
对于需要快速随机访问元素,应该使用ArrayList。
(03) 对于“单线程环境”
或者 “多线程环境,但List仅仅只会被单个线程操作”,此时应该使用非同步的类。
第3部分 LinkedList和ArrayList性能差异分析
下面我们看看为什么LinkedList中插入元素很快,而ArrayList中插入元素很慢!
LinkedList.java中向指定位置插入元素的代码如下:
/** * Inserts the specified element at the specified position in this * list. Shifts the element currently at that position (if any) and * any subsequent elements to the right (adds one to their indices). * * @param index index at which the specified element is to be inserted * @param element element to be inserted * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc} */ public void add(int index, E element) { rangeCheckForAdd(index); ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index); elementData[index] = element; size++; } private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { if (elementData == EMPTY_ELEMENTDATA) { minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); } ensureExplicitCapacity(minCapacity); } private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) { modCount++; // overflow-conscious code if (minCapacity - elementData.length > 0) grow(minCapacity); } /** * Increases the capacity to ensure that it can hold at least the * number of elements specified by the minimum capacity argument. * * @param minCapacity the desired minimum capacity */ private void grow(int minCapacity) { // overflow-conscious code int oldCapacity = elementData.length; int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); if (newCapacity - minCapacity < 0) newCapacity = minCapacity; if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); // minCapacity is usually close to size, so this is a win: elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); } private static int hugeCapacity(int minCapacity) { if (minCapacity < 0) // overflow throw new OutOfMemoryError(); return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE; } public static <T,U> T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class<? extends T[]> newType) { T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class) ? (T[]) new Object[newLength] : (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength); System.arraycopy(original, 0, copy, 0, Math.min(original.length, newLength)); return copy; }
ensureCapacity(size+1)
的作用是“确认ArrayList的容量,若容量不够,则增加容量。”
真正耗时的操作是
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size -
index);
Sun JDK包的java/lang/System.java中的arraycopy()声明如下:
public static native void arraycopy(Object src, int srcPos, Object dest, int destPos, int length);
arraycopy()是个JNI函数,它是在JVM中实现的。sunJDK中看不到源码,不过可以在OpenJDK包中看到的源码。网上有对arraycopy()的分析说明,请参考:System.arraycopy源码分析
实际上,System.arraycopy(elementData,
index, elementData, index + 1, size -
index); 会移动index之后所有元素即可。这就意味着,ArrayList的add(int
index, E element)函数,会引起index之后所有元素的改变!
通过上面的分析,我们就能理解为什么LinkedList中插入元素很快,而ArrayList中插入元素很慢。
“删除元素”与“插入元素”的原理类似,这里就不再过多说明。
接下来,我们看看 “为什么LinkedList中随机访问很慢,而ArrayList中随机访问很快”。
先看看LinkedList随机访问的代码
转载:http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3308900.html
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