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【JDK】:ArrayList和LinkedList源码解析
阅读量:4286 次
发布时间:2019-05-27

本文共 6423 字,大约阅读时间需要 21 分钟。

ArrayList

ArrayList也叫数组列表,底层使用的数组实现的,严格来说是动态数组。

ArrayList工作原理

ArrayList工作原理其实很简单,底层是动态数组,每次创建一个ArrayList实例时会分配一个初始容量(如果指定了初始容量的话),以add方法为例,如果没有指定初始容量,当执行add方法,先判断当前数组是否为空,如果为空则给保存对象的数组分配一个最小容量,默认为10。当添加大容量元素额时候,会先增加数组的大小,以提高添加的效率。

源码分析

由于ArrayList方法较多,对源码的分析选取了我们平时最常用的add、get和remove方法来分析。

add()

add方法重载了多个实现,包括add(E e)和add(int index,E e),由于没有指定插入的位置,每次插入操作会把元素放到数组的末尾,而这个过程只需要保证容量够用就行.

add(E e)

public boolean add(E e) {    //保证数组的容量始终够用    ensureCapacityInternal(size + 1);    //size是elementData数组中元组的个数,初始为0    elementData[size++] = e;    return true;}private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {    //如果数组没有元素,给数组一个默认大小,会选择实例化时的值与默认大小中较大值    if (elementData == EMPTY_ELEMENTDATA) {        minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);    }    //保证容量够用    ensureExplicitCapacity(minCapacity);}private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {    //modCount是数组发生size更改的次数    modCount++;    // 如果数组长度小于默认的容量10,则调用扩大数组大小的方法    if (minCapacity - elementData.length > 0)        grow(minCapacity);}private void grow(int minCapacity) {        // overflow-conscious code        int oldCapacity = elementData.length;        // 在原来容量的基础上扩容2倍        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);        if (newCapacity - minCapacity < 0)            newCapacity = minCapacity;        // 新的容量大于数组最大值,则调用hugeCapacity()        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) {    // 超过int最大数,发生大数溢出    if (minCapacity < 0) // overflow        throw new OutOfMemoryError();    // 容量为int的最大值    return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?        Integer.MAX_VALUE :        MAX_ARRAY_SIZE;}

add(int index,E e)

public void add(int index, E element) {    //判断index的值是否合法,如果大于size或者小于0则将抛出异常    rangeCheckForAdd(index);    //保证容量够用,并修改modCount的值    ensureCapacityInternal(size + 1);     //从第index位置开始,将元素往后移动一个位置    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index);    //把要插入的元素e放在第index位置    elementData[index] = element;    //数组元素的个数增加1    size++;}

get()

get方法最简单,首先判断该位置是否合法,如果合法则直接返回该位置的元素。

public E get(int index) {    rangeCheck(index);    return elementData(index);}

remove()

由于删除操作会改变size,所以每次删除都需要把元素向前移动一个位置,然后把原来最后一个位置的元素设置为null,一次删除操作完成。

public E remove(int index) {    //判断index是否合法    rangeCheck(index);    //remove操作会改变size,所以modCount加1    modCount++;    //保存待删除位置的元素    E oldValue = elementData(index);    //要移动的元素个数    int numMoved = size - index - 1;    //如果index不是最后一个元素,则从第index+1到最后一个位置,依次向前移动一个位置    if (numMoved > 0)        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,numMoved);    //元素的size减少1,并把原来末尾位置元素的值设置为null    elementData[--size] = null;     //返回index位置的值    return oldValue;}

注意到源码调用了System.arraycopy方法,该方法是native的,即该代码是其他语言编写,但Java允许与其进行交互(详情请搜索JNI),那么该方法是如何让实现的呢?

//add方法的System.arraycopy()//把从第i位置的元素开始到最后一个元素,都往后移动一个位置for(int j = size - 1; j > i; j--){    elements[j] = elements[j-1];}//把第i位置的值改为eelements[i] = e;//remove方法的System.arraycopy()方法//把从第i位置到最后一个位置,都向前移动一个位置for (int j = i; j < size - 1; j++) {    elements[j] = elements[j + 1];}//把数组的元素个数减少1elements[--size] = null;

ArrayList小结

  • get方法的时间复杂度为O(1),add和remove操作的时间复杂度为O(n)
  • 在ArrayList中查找元素很方便,但插入以及删除元素效率就很低,移动元素对性能的开销很大
  • ArrayList是非同步的
  • ArrayList一般应用于查询较多但插入以及删除较少情况,如果插入以及从删除较多则建议使用LinkedList

LinkedList

LinkedList原理

LinkedList底层使用的双向链表,即每个节点既包含指向其后继的引用也包括指向其前驱的引用,LinkedList实现了List接口,继承了AbstractSequentialList类,在频繁进行插入以及删除的情况下效率较高。此外LinkedList还实现了Deque(继承自Queue接口)接口,可以当做队列使用。

源码分析

add()

默认添加到list的末尾,插入一个节点非常快,直接找到该位置的节点,修改节点的前驱以及后继的引用即可

public boolean add(E e) {    //把e放在链表的最后一个位置    linkLast(e);    return true;}// 在list末尾添加,修改相应引用void linkLast(E e) {    //last是链表最后一个节点的引用,现在l也指向最后一个节点    final Node
l = last; //调用Node(Node
prev, E element, Node
next)构造方法 final Node
newNode = new Node<>(l, e, null); //last节点指向newNode last = newNode; //如果l为空,则链表为空,直接把newNode链接在首节点后面即可,否则把newNode链接//在l节点的后面 if (l == null) first = newNode; else l.next = newNode; //链表的元素个数增加1 size++; //modCount是链表发生结构性修改的次数(结构性修改是指发生添加或者删除操作) modCount++;}

get()

获取index节点的值要从头或尾遍历链表,当数据量很大的时候,效率无疑是低下的。

public E get(int index) {    //检查index是否合法    checkElementIndex(index);    //如果合法就返回该节点位置的值    return node(index).item;}//获取index位置上的节点Node
node(int index) { //断言index在链表中 // assert isElementIndex(index); //从第一个节点开始寻找直到index位置,然后返回index//位置的节点 if (index < (size >> 1)) { Node
x = first; for (int i = 0; i < index; i++) x = x.next; return x; } else {
//从最后一个节点开始往前寻找节点 Node
x = last; for (int i = size - 1; i > index; i--) x = x.prev; return x; }}//检查index值的合法性private void checkElementIndex(int index) { if (!isElementIndex(index)) throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));}//判断index是否存在于链表中private boolean isElementIndex(int index) { return index >= 0 && index < size;}

remove()

public E remove(int index) {    checkElementIndex(index);    return unlink(node(index));}E unlink(Node
x) { // assert x != null; //保存x节点的值 final E element = x.item; //保存x节点的后继 final Node
next = x.next; //保存x节点的前驱 final Node
prev = x.prev; //如果前驱为null,说明要移除的是第一个节点,把First指向下一个节点就行 if (prev == null) { first = next; } else {
//否则,把x节点前驱的后继指向x的后继,并把x的前驱设置为null prev.next = next; x.prev = null; } //如果后继为null则要移除的是最后一个节点,则把last的引用指向x节点的前驱就ok if (next == null) { last = prev; } else {
//否则,把x节点的后继的前驱设置为x节点的前驱,并x节点的后继设为null next.prev = prev; x.next = null; } //把x节点的值设为null,这样x就没有任何引用了,gc处理 x.item = null; //把链表的size减少1 size--; //结构性修改的次数增加1 modCount++; //返回x节点的值,在移除之前已经保存在element中了 return element;}

LinkedList小结

  • get方法的时间复杂度为O(n),add和remove的时间复杂度为O(1),因为只需要修改节点的前驱以及后继就可以
  • LinkedList是非同步的,如果要考虑并发,则需要使用外部同步
  • LinkedList一般应用于增删较多而查找较少的情况,从时间复杂度上便可以看出来

ArrayList与LinekdList的区别

  • ArrayList底层使用的数据结构是数组而LinekdList底层使用的是双向链表
  • ArrayList查询效率较高而LinkedList增删效率较高
  • ArrayList应用于查找操作较多的场景中而LinkedList应用于增删较多的场景中
  • 对于随机访问get和set还是ArrayList更好
  • ArrayList对空间的开销主要体现在总要给尾部预留一定的空间,而LinkedList的开销主要体现在要为每个元素占用较多空间

转载地址:http://zyxgi.baihongyu.com/

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