- 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?
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
public class ArrayListextends AbstractList implements List , 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。
// 序列化id
private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
private int size;
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。
ArrayList()空参构造
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
// 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 c)有参构造
public ArrayList(Collection 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
2.4、相关操作方法 2.4.1、add()
- 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。
在列表的末尾进行添加，时间复杂度为O(1)。
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
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)。
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++;
}
// 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 ++
将集合c的元素追加到相应的集合中。
public boolean addAll(Collection 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
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)。
public E get(int index) {
rangeCheck(index);//越界检查
return elementData(index);//返回索引为index的元素
}
private void rangeCheck(int index) {
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
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
由于ArrayList支持快速随机访问，所以该方法时间复杂度为O(1)。
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
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。
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
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。
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 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
删除一个区间范围内的元素，时间复杂度为O(size - toIndex)。
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。
//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。
- 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。
- 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。
