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ArrayList

简介: ArrayList
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一、基本实现
ArrayList:使用了数组实现,可以认为它封装了对内部数组的操作

优点:操作读取操作效率高,基于数组实现的,可以为null值,可以允许重复元素,有序,异步。

缺点:由于它是由动态数组实现的,不适合频繁的对元素的插入和删除操作,因为每次插入和删除都需要移动数组中的元素。

LinkedList:使用了双向链表数据结构

优点:LinkedList由双链表实现,增删由于不需要移动底层数组数据,其底层是链表实现的,只需要修改链表节点指针,对元素的插入和删除效率较高。

缺点: 遍历效率较低。HashMap和双链表也有关系。

二、ArrayList
实现原理:
ArrayList底层是一个变长的数组,基本上等同于Vector,但是Vector对writeObjec()t和readObject()方法实现了同步。

静态变量

/**

 * 默认初始容量
 */
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

/**
 *用于空实例的共享空数组实例。 
 */
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

/**
共享的空数组实例用于默认大小的空实例。
 */
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

/**

数组列表中存储元素的数组缓冲区。

 */
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access

/**
数组列表的大小
 */
private int size;

add(E e)方法
public boolean add(E e) {

// 检查是否需要扩容
ensureCapacityInternal(size + 1);
// 把元素插入到最后一位
elementData[size++] = e;
return true;

}

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {

ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));

}

private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {

// 如果是空数组DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA,就初始化为默认大小10
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
    return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
return minCapacity;

}

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {

modCount++;

if (minCapacity - elementData.length > 0)
    // 扩容
    grow(minCapacity);

}

private void grow(int minCapacity) {

int oldCapacity = elementData.length;
// 新容量为旧容量的1.5倍
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
// 如果新容量发现比需要的容量还小,则以需要的容量为准
if (newCapacity - minCapacity < 0)
    newCapacity = minCapacity;
// 如果新容量已经超过最大容量了,则使用最大容量
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
    newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// 以新容量拷贝出来一个新数组
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);

}
具体步骤如下:

  1. 检查是否需要扩容;
  2. 如果elementData等于DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA则初始化容量大小为DEFAULT_CAPACITY;
  3. 新容量是老容量的1.5倍(oldCapacity + (oldCapacity >> 1)),如果加了这么多容量发现比需要的容量还小,则以需要的容量为准;
  4. 创建新容量的数组并把老数组拷贝到新数组;

add(int index, E element)方法
添加元素到指定位置。

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);
   // 将inex及其之后的元素往后挪一位,则index位置处就空出来了
   System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                    size - index);
   // 将元素插入到index的位置
   elementData[index] = element;
   // 大小增1
   size++;

}

private void rangeCheckForAdd(int index) {

   if (index > size || index < 0)
       throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));

}
具体步骤如下:

  1. 检查索引是否越界;
  2. 检查是否需要扩容;
  3. 把插入索引位置后的元素都往后挪一位;
  4. 在插入索引位置放置插入的元素; 5. 大小加1;

addAll 方法
求两个集合的并集。

/**

  • 将集合c中所有元素添加到当前ArrayList中

*/
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);
   // 将c中元素全部拷贝到数组的最后
   System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
   // 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;

}
get(int index)方法
获取指定索引位置的元素,

public E get(int index) {

   // 检查是否越界
   rangeCheck(index);
   // 返回数组index位置的元素
   return elementData(index);

}

private void rangeCheck(int index) {

   if (index >= size)
       throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));

}

E elementData(int index) {

   return (E) elementData[index];

}
具体步骤如下:

  1. 检查索引是否越界,这里只检查是否越上界,如果越上界抛出IndexOutOfBoundsException异常,如果越下界抛出的是ArrayIndexOutOfBoundsException异常。
  2. 返回索引位置处的元素;

remove(int index)方法
删除指定索引位置的元素。

public E remove(int index) {

   // 检查是否越界
   rangeCheck(index);

   modCount++;
   // 获取index位置的元素
   E oldValue = elementData(index);

   // 如果index不是最后一位,则将index之后的元素往前挪一位
   int numMoved = size - index - 1;
   if (numMoved > 0)
       System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);

   // 将最后一个元素删除,帮助GC
   elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work

   // 返回旧值
   return oldValue;

}

1. 检查索引是否越界; 
  1. 获取指定索引位置的元素;
  2. 如果删除的不是最后一位,则其它元素往前移一位;
  3. 将最后一位置为null,方便GC回收;
  4. 返回删除的元素。

可以看到,ArrayList删除元素的时候并没有缩容。

总结

  1. ArrayList内部使用数组存储元素,当数组长度不够时进行扩容,每次加一半的空间,ArrayList不会进行缩容;
  2. ArrayList支持随机访问,通过索引访问元素极快,时间复杂度为O(1);
  3. ArrayList添加元素到尾部极快,平均时间复杂度为O(1);
  4. ArrayList添加元素到中间比较慢,因为要搬移元素,平均时间复杂度为O(n);
  5. ArrayList从尾部删除元素极快,时间复杂度为O(1);
  6. ArrayList从中间删除元素比较慢,因为要搬移元素,平均时间复杂度为O(n);

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