List集合就这么简单【源码剖析】

2022-08-08 13:28:15

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。

现在这篇主要讲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，需要注意些什么，最后比较一下哪个时候用哪个～

看这篇文章之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

当然了，如果讲得有错的地方还请大家多多包涵并不吝在评论去指正～

一、ArrayList解析

首先，我们来讲解的是ArrayList集合，它是我们用得非常非常多的一个集合~

首先，我们来看一下ArrayList的属性：

根据上面我们可以清晰的发现：ArrayList底层其实就是一个数组，ArrayList中有扩容这么一个概念，正因为它扩容，所以它能够实现“动态”增长

1.2构造方法

我们来看看构造方法来印证我们上面说得对不对：

1.3Add方法

add方法可以说是ArrayList比较重要的方法了，我们来总览一下：

1.3.1add(E e)

步骤：

检查是否需要扩容
插入元素

首先，我们来看看这个方法：



    public boolean add(E e) {

        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!

        elementData[size++] = e;

        return true;

    }

该方法很短，我们可以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

接下来我们来看看这个小容量(+1)是否满足我们的需求：

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

所以，接下来看看grow()是怎么实现的~

进去看copyOf()方法：

到目前为止，我们就可以知道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，如果容量还是小于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，如果有需要进行扩容
插入元素

我们来看看插入的实现：

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

看到arraycopy()，我们可以发现：该方法是由C/C++来编写的，并不是由Java实现：

总的来说：arraycopy()还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
计算出需要移动的个数，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，需要数组的拷贝复制。
ArrayList的默认初始化容量是10，每次扩容时候增加原先容量的一半，也就是变为原来的1.5倍
删除元素时不会减少容量，若希望减少容量则调用trimToSize()
它不是线程安全的。它能存放null值。

参考资料：

二、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，我们可以从方法上就可以看得出来~

在要求非同步的情况下，我们一般都是使用ArrayList来替代Vector的了~

如果想要ArrayList实现同步，可以使用Collections的方法：List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList(...));，就可以实现同步了~

还有另一个区别：

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：

三、LinkedList解析

LinkedList底层是双向链表~如果对于链表不熟悉的同学可先看看我的单向链表(双向链表的练习我还没做)【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，我们还看到了LinkedList实现了Deque接口，因此，我们可以操作LinkedList像操作队列和栈一样~

LinkedList变量就这么几个，因为我们操作单向链表的时候也发现了：有了头结点，其他的数据我们都可以获取得到了。(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

如果做过链表的练习，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作：

3.4get方法

可以看到get方法实现就两段代码：

    public E get(int index) {

        checkElementIndex(index);

        return node(index).item;

    }

我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方法其实差不多，根据下标来判断是从头遍历还是从尾遍历



    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：

四、总结

其实集合的源码看起来并不是很困难，遇到问题可以翻一翻，应该是能够看懂的~

ArrayList、LinkedList、Vector算是在面试题中比较常见的的知识点了。下面我就来做一个简单的总结：

ArrayList：

底层实现是数组
ArrayList的默认初始化容量是10，每次扩容时候增加原先容量的一半，也就是变为原来的1.5倍
在增删时候，需要数组的拷贝复制(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，现在已少用，被ArrayList替代，原因有两个：
- Vector所有方法都是同步，有性能损失。
- Vector初始length是10 超过length时以100%比率增长，相比于ArrayList更多消耗内存。
- 参考资料：https://www.zhihu.com/question/31948523/answer/113357347

总的来说：查询多用ArrayList，增删多用LinkedList。

ArrayList增删慢不是绝对的(在数量大的情况下，已测试)：

如果增加元素一直是使用add()(增加到末尾)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】
至于如果删除的是中间的位置的话，还是ArrayList要快！

但一般来说：增删多还是用LinkedList，因为上面的情况是极端的~