java容器-List

本文已被阅读过 Posted by Liao Can on 2015-05-05

List 概述

List 接口定义:

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public interface List<E> extends Collection<E>

List 主要方法:

List 常见子类:

  • ArrayList - 动态数组。
  • LinkedList - 双链表。

ArrayList

ArrayList 要点

ArrayList 是一个数组队列,相当于动态数组。与 Java 中的数组相比,ArrayList 的容量可以动态增长。

ArrayList 定义:

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public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

从 ArrayList 的定义,不难看出 ArrayList 的一些基本特性:

  • ArrayList 实现 List 接口,能对它进行队列操作。
  • ArrayList 实现了 RandmoAccess 接口,即提供了随机访问功能。RandmoAccess 是 java 中用来被 List 实现,为 List 提供快速访问功能的。在 ArrayList 中,我们即可以通过元素的序号快速获取元素对象;这就是快速随机访问。
  • ArrayList 实现了 Cloneable 接口,即覆盖了函数 clone(),能被克隆。
  • ArrayList 实现 java.io.Serializable 接口,这意味着 ArrayList 支持序列化,能通过序列化去传输。
  • ArrayList 是非线程安全的。

ArrayList 原理

1. 概览

ArrayList 包含了两个重要的元素:elementData 和 size。

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transient Object[] elementData;
private int size;
  1. elementData 它保存了添加到 ArrayList 中的元素。这个数组的默认大小为 10。
  2. size 则是动态数组的实际大小。

ArrayList 实现了 RandomAccess 接口,因此支持随机访问。这是理所当然的,因为 ArrayList 是基于数组实现的。

2. 序列化

ArrayList 具有动态扩容特性,因此保存元素的数组不一定都会被使用,那么就没必要全部进行序列化。ArrayList 重写了 writeObject()readObject() 来控制只序列化数组中有元素填充那部分内容。

3. 扩容

添加元素时使用 ensureCapacityInternal() 方法来保证容量足够,如果不够时,需要使用 grow() 方法进行扩容,新容量的大小为 oldCapacity + (oldCapacity >> 1),也就是旧容量的 1.5 倍。

扩容操作需要调用 Arrays.copyOf() 把原数组整个复制到新数组中,因此最好在创建 ArrayList 对象时就指定大概的容量大小,减少扩容操作的次数。

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

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_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);
}

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);
}

4. 删除元素

需要调用 System.arraycopy() 将 index+1 后面的元素都复制到 index 位置上,复制的代价很高。

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public E remove(int index) {
rangeCheck(index);

modCount++;
E oldValue = elementData(index);

int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work

return oldValue;
}

5. Fail-Fast

modCount 用来记录 ArrayList 结构发生变化的次数。结构发生变化是指添加或者删除至少一个元素的所有操作,或者是调整内部数组的大小,仅仅只是设置元素的值不算结构发生变化。

在进行序列化或者迭代等操作时,需要比较操作前后 modCount 是否改变,如果改变了需要抛出 ConcurrentModificationException。

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private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
throws java.io.IOException{
// Write out element count, and any hidden stuff
int expectedModCount = modCount;
s.defaultWriteObject();

// Write out size as capacity for behavioural compatibility with clone()
s.writeInt(size);

// Write out all elements in the proper order.
for (int i=0; i<size; i++) {
s.writeObject(elementData[i]);
}

if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}

LinkedList

LinkedList 要点

LinkedList 基于双向链表实现。由于是双向链表,那么它的顺序访问会非常高效,而随机访问效率比较低。

LinkedList 定义:

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public class LinkedList<E>
extends AbstractSequentialList<E>
implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable

从 LinkedList 的定义,可以得出 LinkedList 的一些基本特性:

  • LinkedList 是一个继承于 AbstractSequentialList 的双向链表。它也可以被当作堆栈、队列或双端队列进行操作。
  • LinkedList 实现 List 接口,能对它进行队列操作。
  • LinkedList 实现 Deque 接口,即能将 LinkedList 当作双端队列使用。
  • LinkedList 实现了 Cloneable 接口,即覆盖了函数 clone(),能被克隆。
  • LinkedList 实现 java.io.Serializable 接口,这意味着 LinkedList 支持序列化。
  • LinkedList 是非线程安全的。

LinkedList 原理

1. 概览

LinkedList 包含两个重要的成员:first 和 last。

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// 链表长度
transient int size = 0;

// 链表头节点
transient Node<E> first;

// 链表尾节点
transient Node<E> last;
  • size 表示双链表中节点的个数,初始为 0。
  • first 和 last 分别是双链表的头节点和尾节点。

Node 则表示链表中的实例。Node 中包含三个元素:prev, next, item。其中,prev 是该节点的上一个节点,next 是该节点的下一个节点,item 是该节点所包含的值。

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private static class Node<E> {
E item;
Node<E> next;
Node<E> prev;
...
}

小结

  • ArrayList 基于动态数组实现,LinkedList 基于双向链表实现;
  • ArrayList 支持随机访问,所以访问速度更快;LinkedList 在任意位置添加删除元素更快;
  • ArrayList 基于数组实现,存在容量限制,当元素数超过最大容量时,会自动扩容;LinkedList 基于双链表实现,不存在容量限制;
  • ArrayList 和 LinkedList 都不是线程安全的。

资料


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