Conllection之List集合:ArrayList、LinkedList、Vector底层分析

集合.jpg

ArrayList

JDK7:

ArrayList list = new ArrayLIst();在底层创建了长度为10 的Object[]数组elementData ;无参构造器默认10;

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

list.add(123);//就等于在数组中下标0处加了一个值:elementData[0] = new Integer(123);

。。。

list.add(10);//elementData[10] = new Integer(10);

如果此次的添加导致底层elementData数组容量不够,大于或等于数组容量就会自动扩容。

默认情况下,扩容为原来的1.5倍,同时需要将原来的数组中的数据复制到新的数组中;

源码解析 
/**
     * Appends the specified element to the end of this list.//将指定的元素追加到列表的末尾。
     *
     * @param e element to be appended to this list//要追加到此列表的@param e元素
     * @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;
    }

① ensureCapacityInternal方法名的英文大致是“确保内部容量”,size表示的是执行添加之前的元素个数,并非ArrayList的容量,容量应该是数组elementData的长度。ensureCapacityInternal该方法通过将现有的元素个数数组的容量比较。看如果需要扩容,则扩容。

②是将要添加的元素放置到相应的数组中。

源码解析 
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;

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

根据传入的最小需要容量minCapacity来和数组的容量长度对比,如果minCapacity大于或等于数组容量,则需要进行扩容

建议:使用带参数的构造器:ArrayList list = new ArrayList(int capacity);最好是10以上,不然还不如默认10个呢!

ArrayList扩容的核心方法grow();

  1. 当前数组是由默认构造方法生成的空数组并且第一次添加数据。此时minCapacity等于默认的容量(10)那么根据下面逻辑可以看到最后数组的容量会从0扩容成10。而后的数组扩容才是按照当前容量的1.5倍进行扩容;
  2. 当前数组是由自定义初始容量构造方法创建并且指定初始容量为0。此时minCapacity等于1那么根据下面逻辑可以看到最后数组的容量会从0变成1。这边可以看到一个严重的问题,一旦我们执行了初始容量为0,那么根据下面的算法前四次扩容每次都 +1,在第5次添加数据进行扩容的时候才是按照当前容量的1.5倍进行扩容。
  3. 当扩容量(newCapacity)大于ArrayList数组定义的最大值后会调用hugeCapacity来进行判断。如果minCapacity已经大于Integer的最大值(溢出为负数)那么抛出OutOfMemoryError(内存溢出)否则的话根据与MAX_ARRAY_SIZE的比较情况确定是返回Integer最大值还是MAX_ARRAY_SIZE。这边也可以看到ArrayList允许的最大容量就是Integer的最大值(-2的31次方~2的31次方减1)。
/**
     * Increases the capacity to ensure that it can hold at least the
     * number of elements specified by the minimum capacity argument.
     *增加容量,以确保它能容纳至少最小容量参数指定的元素数量。
     *
     * @param minCapacity the desired minimum capacity//想要的最小容量
     */
//ArrayList扩容的核心方法,此方法用来决定扩容量
    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;
    }

JDK8:

8中ArrayList的变化:

ArrayList list = new ArrayList();底层不会在自动创建数组,而是一个Object[] elementDat初始化为:{};并没有创建长度为10的数组;

list.add("哈哈");第一次调用add();的时候,底层才会创建长度为10的数组,并将数据 "哈哈" 添加到数组elementData中;后续添加与扩容与JDK7一样;

总结:JDK7中的ArrayList的对象创建类似于单例模式中的饿汉式,一次性添加;而JDK8中的ArrayList的对象的创建类似于单例模式中的懒汉式,需要的时候再创建延迟了数组的创建,节省了内存空间;

LinkedList

内部结构图:LinkedList内部是一个两端链接的双向链表;每个元素都会记录前一个元素和后一个元素


linked List双向链表关系图.png

LinkedList list = new LinkedList(); 此刻,内部声明了一个Node类型的first和last属性,默认值为null;list.add(123); 此刻,将123封装到二楼Node中,创建了Node对象。

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;
        }
    }

LinkedList内部是一个双向链表结构,有两个变量,first指向链表头部,last指向链表尾部。size表示当前链表中的数据个数

transient int size = 0;

    /**
     * Pointer to first node.
     * Invariant: (first == null && last == null) ||
     *            (first.prev == null && first.item != null)
                (第一个==空 并且 最后一个 == null) 或者 (第一个的上一个==空 并且 第一个的项 != null)
     */
    transient Node<E> first;

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

添加元素 A:如果是第一个元素,那么它是头,也是尾;如果不是第一个元素,那么F前面的元素B指向F,F后面的元素C指向F;

删除:同理!

  • 元素在内存中存储的时候是地址是无序的
  • 但是元素之间是用链表链接起来的,元素在集合中是有序的
LinkedList插入数据时,链表的变化.png

Vector

JDK7和JDK8中通过vector()构造器创建对象时,底层都创建了长度为10的数组,在扩容方面,默认为原数组的长度的2倍;

Vector出现在JDK1.0中,而List出现在JDK1.2中,List出现之后,Vector纳入了List集合;Vector已经过时,现在基本不用了。

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