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小白學集合之看ArrayList和LinkedList原始碼

2021-01-05 12:41:12 後端開發

List實作類【重要】

ArrayList:
底層是資料,查詢快,增刪慢
JDK1.2版本,運行效率快,執行緒不安全

LinkedList:
底層是鏈表,查詢慢,增刪快

Vector:

底層是資料,查詢快,增刪慢
JDK1.0版本,運行效率慢,執行緒安全

ArrayList

ArrayListDemo類是ArrayList的一些方法的使用,

package com.list;

import com.collection.Student;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.ListIterator;

/**
 * ArrayList的使用
 * 存盤結構是陣列,查找快,增刪慢
 */
public class ArrayListDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList arrayList = new ArrayList<>();

        Student s1 = new Student("張三", 18);
        Student s2 = new Student("李四", 20);
        Student s3 = new Student("王二", 22);

        //添加元素
        arrayList.add(s1);
        arrayList.add(s2);
        arrayList.add(s3);
        System.out.println("元素個數:"+arrayList.size());

        //洗掉
//        arrayList.remove(s1);
//        System.out.println("洗掉之后個數:"+arrayList.size());

        //元素遍歷
        Iterator it = arrayList.iterator();
        while (it.hasNext()) {
            Student s =(Student) it.next();
            System.out.println("迭代器遍歷:"+s.toString());
        }
        ListIterator listIterator = arrayList.listIterator();
        while (listIterator.hasNext()) {
            Student stu = (Student) listIterator.next();
            System.out.println("串列迭代器遍歷:"+stu.toString());
        }

        //判斷
        System.out.println("是否包含s1:" +arrayList.contains(s1));
        System.out.println("是否為空:"+arrayList.isEmpty());

        //查找
        System.out.println("s2的下標:"+arrayList.indexOf(s2));
    }
}

ArrarList原始碼分析【重點】

ArrayList實作了List介面,有序容器,就是存進去元素的順序和存的順序一致,允許null元素,底層是陣列,除了未實作同步,其他和Vector大致相同,

每個ArrayList都有一個容量(capacity),表示陣列的實際大小,當像容器添加元素的時候,如果容量不夠,容器會自動擴容,

變數名:

DEFAULT_CAPACITY:默認容量

EMPTY_ELEMENTDATA:空元素資料

DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA:默認容量空元素資料

elementData:元素資料

size:元素個數

    /**
     * Default initial capacity.
     */
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

    /**
     * Shared empty array instance used for empty instances.
     */
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    /**
     * Shared empty array instance used for default sized empty instances. We
     * distinguish this from EMPTY_ELEMENTDATA to know how much to inflate when
     * first element is added.
     */
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    /**
     * The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored.
     * The capacity of the ArrayList is the length of this array buffer. Any
     * empty ArrayList with elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
     * will be expanded to DEFAULT_CAPACITY when the first element is added.
     */
    transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access

    /**
     * The size of the ArrayList (the number of elements it contains).
     *
     * @serial
     */
    private int size;

建構式

可以看到有3個建構式,如果ArrayList arrayList = new ArrayList<>();創建一個物件,就會呼叫無參構造,生成一個容量為0的arryList集合,

    /**
     * Constructs an empty list with the specified initial capacity.
     *
     * @param  initialCapacity  the initial capacity of the list
     * @throws IllegalArgumentException if the specified initial capacity
     *         is negative
     */
    public ArrayList(int initialCapacity) {
        if (initialCapacity > 0) {
            this.elementData = new Object[initialCapacity];
        } else if (initialCapacity == 0) {
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        } else {
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        }
    }

    /**
     * Constructs an empty list with an initial capacity of ten.
     */
    public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

    /**
     * Constructs a list containing the elements of the specified
     * collection, in the order they are returned by the collection's
     * iterator.
     *
     * @param c the collection whose elements are to be placed into this list
     * @throws NullPointerException if the specified collection is null
     */
    public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
        Object[] a = c.toArray();
        if ((size = a.length) != 0) {
            if (c.getClass() == ArrayList.class) {
                elementData = a;
            } else {
                elementData = Arrays.copyOf(a, size, Object[].class);
            }
        } else {
            // replace with empty array.
            elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        }
    }

add(E e) 方法

當添加第一個元素的時候,因為初始為0,所以執行:ensureCapacityInternal(1)

/**
 * Appends the specified element to the end of this list.
 *
 * @param e element to be appended to this list
 * @return <tt>true</tt> (as specified by {@link Collection#add})
 */
public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

自動擴容

每當向陣列中添加元素的時候,都會先檢查添加后元素個數是否超過陣列容量,如果超出,進行擴容,擴容通過 ensureCapacity(int minCapacity)方法實作,

陣列擴容的時候會將老陣列中的元素復制一份到新的陣列中,第一次擴容是從0到10,然后每次擴容大概是原容量的1.5倍,擴容代價很高,我們應盡量避免擴容,

    /**
     * Increases the capacity of this <tt>ArrayList</tt> instance, if
     * necessary, to ensure that it can hold at least the number of elements
     * specified by the minimum capacity argument.
     *
     * @param   minCapacity   the desired minimum capacity
     */
    public void ensureCapacity(int minCapacity) {
        int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
            // any size if not default element table
            ? 0
            // larger than default for default empty table. It's already
            // supposed to be at default size.
            : DEFAULT_CAPACITY;

        if (minCapacity > minExpand) {
            ensureExplicitCapacity(minCapacity);
        }
    }

    private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        return minCapacity;
    }

    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
    }

    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;

        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }

    /**
     * The maximum size of array to allocate.
     * Some VMs reserve some header words in an array.
     * Attempts to allocate larger arrays may result in
     * OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit
     */
    private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

    /**
     * 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;
    }

LinkedList原始碼分析【重點】

LinkedList底層是雙向鏈表

變數名

size:鏈表大小

first:第一個節點

last:最后一個節點

    transient int size = 0;

    /**
     * Pointer to first node.
     * Invariant: (first == null && last == null) ||
     *            (first.prev == null && first.item != null)
     */
    transient Node<E> first;

    /**
     * Pointer to last node.
     * Invariant: (first == null && last == null) ||
     *            (last.next == null && last.item != null)
     */
    transient Node<E> last;

Node是私有內部類

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

        Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
    }

建構式

    /**
     * Constructs an empty list.
     * 構造一個空串列,
     */
    public LinkedList() {
    }

    /**
     * Constructs a list containing the elements of the specified
     * collection, in the order they are returned by the collection's
     * iterator.
     *
     * @param  c the collection whose elements are to be placed into this list
     * @throws NullPointerException if the specified collection is null
     */
    public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
        this();
        addAll(c);
    }

add(E)方法

    /**
     * Appends the specified element to the end of this list.
     * 將指定的元素追加到此串列的末尾,
     * <p>This method is equivalent to {@link #addLast}.
     *
     * @param e element to be appended to this list
     * @return {@code true} (as specified by {@link Collection#add})
     */
    public boolean add(E e) {
        linkLast(e);
        return true;
    }


    /**
     * Links e as last element.
     * 將e鏈接為最后一個元素,
     */
    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++;
    }

在ArrayList的中間插入或洗掉一個元素,那串列中該元素往后的元素都會后移;而在LinkedList的中間插入或洗掉一個元素的開銷是固定的,

LinkedList不能隨機訪問,

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