ArrayList 与 LinkedList 列表结构分析

ArrayList

ArrayList 内部维护了一个动态的Object 数组,ArrayList 的动态增删就是对这个数组的动态增删。

1、ArrayList 的构造以及初始化

ArrayList 实例变量

ArrayList构造函数:

ArrayList 构造函数

ArrayList 在调用构造函数初始化时(new),如果是无参构造,则是为elementData赋值为Object[0],即创建一个容量为0的空数组;有参数,则创建指定容量大小的空数组。

2、ArrayList的容量分配机制

ArrayList 的容量上限:ArrayList 容量是有上限的,理论上允许分配Integer.Max_VALUE - 8大小的容量。

ArrayList 最大容量

调用 add 方法时扩容规则:

add 源码

当使用无参构造函数初始化 ArrayList 时,在第一次 add 时会将容量大小设置为默认值10;当容量大小少于元素个数时,会进行扩容,扩容大概会增长50%。

总结:每次扩容都会伴随数组的复制操作,因此一次给定恰当的容量会提高一点性能。

ArrayList 扩容流程

3、ArrayList 迭代器

ArrayList 迭代器源码

checkForComodification 是 java-collection-framwork 中的一种 fast-fail 的错误检测机制。

fast-fail事件产生的条件:当多个线程对Collection进行操作时,若其中某一个线程通过iterator去遍历集合时,该集合的内容被其他线程所改变,则会抛出ConcurrentModificationException异常。

Itr 迭代器定义了一个exceptedModCount, 记录 modCount 副本,在 ArrayList 执行改变结构的操作时,例如 add,remove,clear 方法时,modCount 的值会改变。故通过 iterator 去遍历集合,使用list的 add,remove,clear 方法时,由于modCount 的值改变了,但是Itr 迭代器里的  exceptedModCount 未改变,导致 checkForComodification 会抛出 ConcurrentModificationException 异常。解决方案:使用 Itr 的add,remove 方法(高并发场景不适用)。注:for(String str : strs) 该形式的遍历底层是 Itr 迭代器。

使用J.U.C中的 CopyOnWriteArrayList 解决 fast-fail 问题:

CopyOnWriteArrayList 是线程安全的,具体看下它的 add 方法源码:

add 源码

CopyOnWriteArrayList 就是写时复制的 ArrayList。当开始写数据的操作时,ArrayList.copyOf 一个新的数组,这样不会影响读操作。

这样的代价就是会损耗内存,带来性能的问题。CopyOnWriteArrayList 写的时候在内存中生成一个副本对象(容量+1),然后将新增的元素放入数组最后一位,最后将新的副本数组覆盖原来数组。

CopyOnWriteArrayList 无法保证数据实时的一致,只能保证结果一致。适用于并发下读多写少的场景,例如缓存。

LinkedList 

LinkedList 即链表,相对于顺序表,链表存储数据不需要使用地址连续的内存单元。减少了修改容器结构而带来的移动元素的问题。

1.结点(Node)的定义

LinkedList是双向链表, 每个结点分别存有上一个结点和下一个结点的信息。它的定义如下:

Node 结点

2、LinkedList 构造以及初始化

成员:LinkedList中维护了三个成员变量,用以记录链表中的结点个数,结点的前驱(表头)以及后继(表尾)。

LinkedList 成员变量
构造方法

LinkedList 没有容量的属性,即没有扩容的概念。

3、LinkedList 的结构操作

add:

几种add 源码

get:

get 源码
get 下node方法 源码

size >> 1:位运算,将size 的二进制向右移一位,相当于 size/2;举个栗子:

4的二进制位:0100,向右移一位得:0010(2),故相当于取一半。

node(int index) 源码中,我们发现,当 index 属于前半部分的计数,从头遍历查找(最后一个下标为 index - 1,即为所需数据);当 index 属于后半部分的计数,从末尾遍历查找,充分利用了双向链表的特点。

remove:

remove 源码

删除元素,遍历整个表。

LinkedList,ArrayList 总结

ArrayList 是基于动态数组的数据结构,LinkedList 基于链表的数据结构。

对于随机访问get 和set 方法,ArrayList 优于 LinkedList,因为 LinkedList 要根据传入的 index,遍历链表获取元素。

对于add,LinkedList 比较占优势,它直接放入链表尾部就行了,而 ArrayList需要扩容。对于 remove 方法,因情况而定,因为 LinkedList 是需要遍历整个表的,如果数据量很大的话,与 ArrayList 的移动数据所消耗的性能是差不多的。

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