文章目录
- 1、List集合
- 1.1、List简介
- 1.2、其主要派生类
- 2、ArrayList集合源码
- 2.1、ArrayList的继承关系
- 2.2、相关属性
- 2.3、构造方法
- 2.4、相关操作方法
- 2.4.1、add()
- 2.4.2、add(int index, E element)
- 2.4.3、addAll(Collection c)
- 2.4.4、get()
- 2.4.5 set()
- 2.4.6、remove(int index)
- 2.4.7 remove(Object o)
- 2.4.8、removeRange(int fromIndex, int toIndex)
- 2.4.9、 indexOf()和lastIndexOf()方法
- 3、Arraylist 和 Vector 的区别?
- 4、Arraylist 与 LinkedList 区别?
1、List集合
1.1、List简介
List接口是一个有序的 Collection,使用此接口能够精确的控制每个元素插入的位置,能够通过索引(元素在List中位置,类似于数组的下标)来访问List中的元素
,第一个元素的索引为 0,而且允许有相同的元素。List 接口存储一组可重复,有序(插入顺序)
的对象。
1.2、其主要派生类
- Arraylist:
Object[] 数组
- Vector:
Object[] 数组
- LinkedList:
双向链表
2、ArrayList集合源码
2.1、ArrayList的继承关系
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
继承关系说明
- extends AbstractList:说明了ArrayList
具备AbstractList的一些属性和方法
。 - RandomAccess:实现了该接口,表明的ArrayList是
支持快速随机访问
的(我们可以通过元素序号进行对元素的访问)。 - Cloneable:实现了该接口,覆盖clone()函数,
说明能被克隆
。 - java.io.Serializable:说明
ArrayList支持序列化
。
2.2、相关属性
// 序列化id
private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
/**
* Default initial capacity. 默认的初始化容量
*/
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
/**
* Shared empty array instance used for empty instances.
* 指定该ArrayList容量为0时,返回该空数组。
*/
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.
* 当调用无参构造方法,返回的是该数组。刚创建一个ArrayList 时,其内数据量为0。
* 它与EMPTY_ELEMENTDATA的区别就是:该数组是默认返回的,而EMPTY_ELEMENTDATA是在用户指定容量为0时返回。
*/
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.
* 保存添加到ArrayList中的元素。
* ArrayList的容量就是该数组的长度。
* 该值为DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 时,当第一次添加元素进入ArrayList中时,数组将扩容值DEFAULT_CAPACITY。
* 被标记为transient,在对象被序列化的时候不会被序列化。
*/
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
/**
* The size of the ArrayList (the number of elements it contains).
* ArrayList的实际大小(数组包含的元素个数/实际数据的数量)默认为0
* @serial
*/
private int size;
/**
* 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
*/
/**
* 分派给arrays的最大容量
* 为什么要减去8呢?
* 因为某些VM会在数组中保留一些头字,尝试分配这个最大存储容量,可能会导致array容量大于VM的limit,最终导致OutOfMemoryError。
*/
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
//备注:MAX.VALUE为0x7fffffff,转换成十进制就是2147483647,也就是数组的最大长度是2147483639;
属性说明
- serialVersionUID:序列化id
- DEFAULT_CAPACITY:默认的初始容量为10
- EMPTY_ELEMENTDATA:指定
该ArrayList容量为0时,返回该空数组
。 - DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA:
当调用无参构造方法,返回的是该数组
。 它与EMPTY_ELEMENTDATA的区别就是:该数组是默认返回的,而EMPTY_ELEMENTDATA是在用户指定容量为0时返回
。 - elementData:
保存添加到ArrayList中的元素
。ArrayList的容量就是该数组的长度。被标记为transient,在对象被序列化的时候不会被序列化
。
2.3、构造方法
ArrayList()空参构造
/**
* Constructs an empty list with an initial capacity of ten.
* 构造一个初始容量为10的空数组
*
* 不传初始容量,初始化为DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA空数组,
* 会在添加第一个元素的时候扩容为默认的大小,即10。
*/
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
如果是无参构造的话,就使用
DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
进行初始化。
ArrayList(int initialCapacity)有参构造方法
/**
* Constructs an empty list with the specified initial capacity.
* 构造具有指定初始容量的空数组
*
* @param initialCapacity the initial capacity of the list 列表的初始容量
* @throws IllegalArgumentException if the specified initial capacity is negative
*
* 传入初始容量,如果大于0就初始化elementData为对应大小,如果等于0就使用EMPTY_ELEMENTDATA空数组,
* 如果小于0抛出异常。
*/
// ArrayList(int initialCapacity)构造方法
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new IllegalArgumentException("不合理的初识容量: " +
initialCapacity);
}
}
执行逻辑
- 判断所传入的参数是否大于0,大于0,就新创建一个长度特定的数组。
- 长度等于0,就使用
EMPTY_ELEMENTDATA
替代- 长度小于0抛出异常。
ArrayList(Collection<? extends E> c)有参构造
/**
* Constructs a list containing the elements of the specified
* collection, in the order they are returned by the collection's
* iterator.
* 把传入集合的元素初始化到ArrayList中
*
* @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) {
// 将构造方法中的集合参数转换成数组
elementData = c.toArray();
if ((size = elementData.length) != 0) {
// 检查c.toArray()返回的是不是Object[]类型,如果不是,重新拷贝成Object[].class类型
if (elementData.getClass() != Object[].class)
// 数组的创建与拷贝
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
// 如果c是空的集合,则初始化为空数组EMPTY_ELEMENTDATA
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}
执行逻辑
- 先将传入的集合转化为数组。
- 如果数组的长度不为0,就判断转换后的数组的Class是否为Object。如果不是还要将其转换为Object
- 如果数组长度为0,就使用
EMPTY_ELEMENTDATA
进行初始化。
2.4、相关操作方法
2.4.1、add()
在列表的末尾进行添加,时间复杂度为O(1)
。
/**
* Appends the specified element to the end of this list.
* 将指定的元素追加到此列表的末尾
* @param e element to be appended to this list 被添加到list的元素
* @return <tt>true</tt> (as specified by {@link Collection#add})
*/
public boolean add(E e) {
//确认list容量,如果不够,容量加1。注意:只加1,保证资源不被浪费
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
//将元素e放在size的位置上,并且size++
elementData[size++] = e;
return true;
}
//数组容量检查,不够时则进行扩容,只供类内部使用
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
// 若elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA,则取minCapacity为DEFAULT_CAPACITY和参数minCapacity之间的最大值。DEFAULT_CAPACITY在此之前已经定义为默认的初始化容量是10。
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
return minCapacity;
}
//数组容量检查,不够时则进行扩容,只供类内部使用
// minCapacity 想要的最小容量
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
//最小容量>数组缓冲区当前长度
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);//扩容
}
容量和大小说明
所以说在每一次进行添加元素的时候,
我们都需要进行确认list容量,如果不够,进行扩容
。
1. elementData中的元素是空的情况
此时也就是 第一次添加元素
的时候。calculateCapacity返回的minCapacity = 10
。
2. elementData中的元素不是空的情况
此时也就不是 第一次添加元素
的时候。calculateCapacity返回的minCapacity = size + 1
。
3. 执行流程
- ensureCapacityInternal:数组容量检查
- calculateCapacity:
DEFAULT_CAPACITY和minCapacity之中最大的一个作为minCapacity
。 - ensureExplicitCapacity:判断是否需要进行扩容,如果需要扩容,就调用grow方法进行扩容;。如果
minCapacity = 10
(也就是elementData中的元素是空的情况下第一次进行添加元素),那么newCapacity = 10
;否则就是新的容量=当前容量+当前容量/2
。
4.grow()方法的源码
/**
* Increases the capacity to ensure that it can hold at least the
* number of elements specified by the minimum capacity argument.
*扩容,保证ArrayList至少能存储minCapacity个元素
* 第一次扩容,逻辑为newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);即在原有的容量基础上增加一半。
第一次扩容后,如果容量还是小于minCapacity,就将容量扩充为minCapacity。
* @param minCapacity the desired minimum capacity
*/
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
// 获取当前数组的容量
int oldCapacity = elementData.length;
// 扩容。新的容量=当前容量+当前容量/2.即将当前容量增加一半(当前容量增加1.5倍)。
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
//如果扩容后的容量还是小于想要的最小容量
if (newCapacity - minCapacity < 0)
//将扩容后的容量再次扩容为想要的最小容量
newCapacity = minCapacity;
//elementData就空数组的时候,length=0,那么oldCapacity=0,newCapacity=0,在这里就是真正的初始化elementData的大小了,就是为10.
//如果扩容后的容量大于临界值,则进行大容量分配
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
//新的容量大小已经确定好了,就copy数组,改变容量大小。
//copyof(原数组,新的数组长度)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
//进行大容量分配
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
//如果minCapacity<0,抛出异常
if (minCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
//如果想要的容量大于MAX_ARRAY_SIZE,则分配Integer.MAX_VALUE,否则分配MAX_ARRAY_SIZE
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}
2.4.2、add(int index, E element)
在特定位置进行元素的添加,需要将相应位置的元素往后挪动一位,所以
时间复杂度为O(n)
。
/**
* 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).
* 添加元素到指定位置,平均时间复杂度为O(n)。
* * @param index 指定元素要插入的索引
* @param element 要插入的元素
* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
*/
public void add(int index, E element) {
// 检查是否越界
rangeCheckForAdd(index);
// 检查是否需要扩容
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
// 将inex及其之后的元素往后挪一位,则index位置处就空出来了
// **进行了size-索引index次操作**
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
// 将元素插入到index的位置
elementData[index] = element;
// 元素数量增1
size++;
}
/**
* A version of rangeCheck used by add and addAll.
* add和addAll方法使用的rangeCheck版本
*/
// 检查是否越界
private void rangeCheckForAdd(int index) {
if (index > size || index < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
执行流程
- 检查是否越界
- 检查是否进行扩容
- 将相应位置之后的元素相后挪动一位
- 将相应元素插入
size ++
2.4.3、addAll(Collection c)
将集合c的元素追加到相应的集合中
。
/**
* Appends all of the elements in the specified collection to the end of
* this list, in the order that they are returned by the
* specified collection's Iterator. The behavior of this operation is
* undefined if the specified collection is modified while the operation
* is in progress. (This implies that the behavior of this call is
* undefined if the specified collection is this list, and this
* list is nonempty.)
* 将集合c中所有元素添加到当前ArrayList中
* * @param c collection containing elements to be added to this list
* @return <tt>true</tt> if this list changed as a result of the call
* @throws NullPointerException if the specified collection is null
*/
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
// 将集合c转为数组
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
// 检查是否需要扩容
ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCount
// 将c中元素全部拷贝到数组的最后
System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
// 集合中元素的大小增加c的大小
size += numNew;
// 如果c不为空就返回true,否则返回false
return numNew != 0;
}
执行流程
- 将集合c转为数组
- 检查是否需要扩容
- 将c中元素全部拷贝到数组的最后
- 集合中元素的大小增加c的大小
- 如果c不为空就返回true,否则返回false
2.4.4、get()
由于ArrayList实现了RandomAccess接口,所以ArrayList支持快速随机访问。
所以该方法的时间复杂度为O(1)所以该方法的时间复杂度为O(1)
。
/**
* Returns the element at the specified position in this list.
* 返回list中指定位置的元素
* @param index index of the element to return 要返回的元素的索引
* @return the element at the specified position in this list
位于list中指定位置的元素
* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
*/
public E get(int index) {
rangeCheck(index);//越界检查
return elementData(index);//返回索引为index的元素
}
/**
* Checks if the given index is in range. If not, throws an appropriate
* runtime exception. This method does *not* check if the index is
* negative: It is always used immediately prior to an array access,
* which throws an ArrayIndexOutOfBoundsException if index is negative.
检查指定索引是否在范围内。如果不在,抛出一个运行时异常。
这个方法不检查索引是否为负数,它总是在数组访问之前立即优先使用,
如果给出的索引index>=size,抛出一个越界异常
*/
private void rangeCheck(int index) {
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
/**
* Constructs an IndexOutOfBoundsException detail message.
* Of the many possible refactorings of the error handling code,
* this "outlining" performs best with both server and client VMs.
*/
private String outOfBoundsMsg(int index) {
return "Index: "+index+", Size: "+size;
}
// Positional Access Operations 位置访问操作
// 返回索引为index的元素
@SuppressWarnings("unchecked")
E elementData(int index) {
return (E) elementData[index];
}
执行流程
- 但是在每一次的获取元素时,
我们都需要进行越界检查
。如果越界就抛出相应的异常。 - 返回相应索引位置的元素
2.4.5 set()
由于ArrayList支持快速随机访问,所以
该方法时间复杂度为O(1)
。
/**
* Replaces the element at the specified position in this list with
* the specified element.
* 用指定的元素替换列表中指定位置的元素。
* @param index index of the element to replace 要替换的元素的索引
* @param element element to be stored at the specified position 要存储在指定位置的元素
* @return the element previously at the specified position 先前位于指定位置的元素(返回被替换的元素)
* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc} 如果参数指定索引index>=size,抛出一个越界异常
*/
public E set(int index, E element) {
//检查索引是否越界。如果参数指定索引index>=size,抛出一个越界异常
rangeCheck(index);
//记录被替换的元素(旧值)
E oldValue = elementData(index);
//替换元素(新值)
elementData[index] = element;
//返回被替换的元素
return oldValue;
}
执行流程
- 检查索引是否越界
- 记录要被替换的元素
- 使用新值替换旧值
- 返回被替换的元素
2.4.6、remove(int index)
根据索引值进行移除元素,
时间复杂度为O(n)
。因为需要进行元素挪动。
/**
* Removes the element at the specified position in this list.
* Shifts any subsequent elements to the left (subtracts one from their
* indices).
*删除list中位置为指定索引index的元素
* 索引之后的元素向左移一位
* @param index the index of the element to be removed 被删除元素的索引
* @return the element that was removed from the list 被删除的元素
* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc} 如果参数指定索引index>=size,抛出一个越界异常
*/
public E remove(int index) {
//检查索引是否越界。如果参数指定索引index>=size,抛出一个越界异常
rangeCheck(index);
//结构性修改次数+1
modCount++;
//记录索引处的元素
E oldValue = elementData(index);
// 删除指定元素后,需要左移的元素个数
int numMoved = size - index - 1;
//如果有需要左移的元素,就移动(移动后,该删除的元素就已经被覆盖了)
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
// size减一,然后将索引为size-1处的元素置为null。为了让GC起作用,必须显式的为最后一个位置赋null值
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
//返回被删除的元素
return oldValue;
}
执行流程
- 进行越界检查
- 记录修改次数(modCount 可以用来检测快速失败的一种标志。)
- 通过索引找到要删除的元素
- 计算要移动的位数
- 移动元素(其实是覆盖掉要删除的元素)
将–size上的位置赋值为null,让gc(垃圾回收机制)更快的回收它。
- 返回被删除的元素
2.4.7 remove(Object o)
根据对象进行移除。时间复杂度为
O(n)
。因为需要寻找相应的元素以及元素挪动
。
/**
* Removes the first occurrence of the specified element from this list,
* if it is present. If the list does not contain the element, it is
* unchanged. More formally, removes the element with the lowest index
* <tt>i</tt> such that
* <tt>(o==null ? get(i)==null : o.equals(get(i)))</tt>
* (if such an element exists). Returns <tt>true</tt> if this list
* contained the specified element (or equivalently, if this list
* changed as a result of the call).
*从列表中删除指定元素的第一个出现项,
如果它存在的话。如果列表不包含该元素,它将保持不变。更正式地说,删除索引最低的元素...
* @param o element to be removed from this list, if present
* @return <tt>true</tt> if this list contained the specified element
*/
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (elementData[index] == null) {
fastRemove(index);
return true;
}
} else {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (o.equals(elementData[index])) {
fastRemove(index);
return true;
}
}
return false;
}
/*
* Private remove method that skips bounds checking and does not
* return the value removed.
私有的remove方法,该方法跳过边界检查,并且不返回已删除的值。
*/
private void fastRemove(int index) {
modCount++;
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
//arraycopy(原数组,源数组中的起始位置,目标数组,目标数据中的起始位置,要复制的数组元素的数量)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
}
执行流程
- 循环遍历寻找对应的元素。
- 找到后进行删除(包含了元素挪动)
elementData[--size] = null
,让gc(垃圾回收机制)更快的回收它
2.4.8、removeRange(int fromIndex, int toIndex)
删除一个区间范围内的元素,时间复杂度为
O(size - toIndex)
。
/**
* Removes from this list all of the elements whose index is between
* {@code fromIndex}, inclusive, and {@code toIndex}, exclusive.
* Shifts any succeeding elements to the left (reduces their index).
* This call shortens the list by {@code (toIndex - fromIndex)} elements.
* (If {@code toIndex==fromIndex}, this operation has no effect.)
* 从该列表中删除索引位于两者之间的所有元素,包含fromIndex,但是不包含toIndex,
* 将任何后续元素向左移动(减少它们的索引)
* 这个调用通过{@code (toIndex - fromIndex)}元素缩短列表。
*(如果{@code toIndex==fromIndex},此操作无效。)
* @throws IndexOutOfBoundsException if {@code fromIndex} or
* {@code toIndex} is out of range
* ({@code fromIndex < 0 ||
* fromIndex >= size() ||
* toIndex > size() ||
* toIndex < fromIndex})
*/
protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {
modCount++;
int numMoved = size - toIndex;//被删除的索引后面的个数
//arraycopy(原数组,源数组中的起始位置,目标数组,目标数据中的起始位置,要复制的数组元素的数量)
System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex,
numMoved);
// clear to let GC do its work
int newSize = size - (toIndex-fromIndex);//新数组的长度
for (int i = newSize; i < size; i++) {
elementData[i] = null;
}
size = newSize;
}
执行流程
- 此方法删除fromIndex到toIndex之间的全部元素,把toIndex以后的元素移动(size-toIndex)位
- 把左移后空的元素
置为null好让垃圾回收机制回收内存
。 - 最后把新数组的大小赋值给size。
2.4.9、 indexOf()和lastIndexOf()方法
//返回此列表中指定元素的第一个出现项的索引,如果该列表不包含该元素,则返回-1。
public int indexOf(Object o) {
if (o == null) { // 查找的元素为空
for (int i = 0; i < size; i++) // 遍历数组,找到第一个为空的元素,返回下标
if (elementData[i]==null)
return i;
} else { // 查找的元素不为空
for (int i = 0; i < size; i++) // 遍历数组,找到第一个和指定元素相等的元素,返回下标
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
return -1;
}
//返回此列表中指定元素的最后一次出现的索引,如果该列表不包含该元素,则返回-1。
public int lastIndexOf(Object o) {
if (o == null) {
for (int i = size-1; i >= 0; i--)
if (elementData[i]==null)
return i;
} else {
for (int i = size-1; i >= 0; i--)
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
return -1;
}
- indexOf():
正向查找
,返回第一个我们需要查找的元素下标,如果没有找到返回-1。 - lastIndexOf():
反向查找
,返回第一个我们需要查找的元素下标,如果没有找到返回-1。
3、Arraylist 和 Vector 的区别?
- ArrayList: 底层使用
Object[ ]
存储,适用于频繁的查找工作,线程不安全
- Vector : 底层使用
Object[ ]
存储,线程安全的
。
4、Arraylist 与 LinkedList 区别?
- 线程安全:Arraylist和LinkedList都是
线程不安全
的。 - 底层数据结构:Arraylist底层使用
Object[ ]
存储,LinkedList底层使用双向链表
。 - 插入删除元素:Arraylist:底层采用的是
数组
进行存储,所以当添加元素的时候(add()
)是在列表的末尾进行添加,所以时间复杂度为O(1)
。在特定i位置进行元素的添加(add(int index, E element)
)和删除时,需要将相应位置的元素进行挪动,所以时间复杂度为O(n - i)
。LinkedList :采用链表
存储,当进行元素头部尾部的添加和删除
时,时间复杂度为O(1)
。而在特定位置进行添加删除时,时间复杂度为近似O(n)
。 - 是否支持快速随机访问:Arraylist底层使用
Object[ ]
存储,所以我们可以通过元素索引进行快速随机访问
。LinkedList :采用链表
存储,所以不支持高效的元素随机访问
。