Java 基础概念·Java List

作者 : jamin 本文共6261个字,预计阅读时间需要16分钟 发布时间: 2020-10-18 共1124人阅读

Java List

本文为个人学习摘要笔记。
原文地址:List 中的 ArrayList 和 LinkedList 源码分析

List 是单列集合 Collection 下的一个实现类,List 的实现接口又有几个,一个是 ArrayList,还有一个是 LinkedList,还有 Vector,这次研究下这三个类的源码。

ArrayList

ArrayList 是我们在开发中最常用的数据存储容器,它的底层是通过数组来实现的。我们在集合里面可以存储任何类型的数据,而且他是一个顺序容器,存放的数据顺序就是和我们放入的顺序是一致的,而且他还允许我们放入 null 元素,我们可以画个图理解一下。

ArrayList

上图数组里面存放的元素的引用,再分析下源码。

源码分析

/**
 * Default initial capacity.
 * 默认初始容量
 */
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

/**
 * Shared empty array instance used for empty instances.
 * 如果是数组刚初始化就会用这个空数组替代它,这是自定义容量为0的时候。
 */
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

/**
 * 未自定义容量,数组刚初始化就会用这个空数组替代它
 */
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

/**
 * 这个elementDate就是底层使用的数组
 */
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access

/**
 * 实际ArrayList集合大小 也就是实际元素的个数
 */
private int size;

DEFAULT_CAPACITY 是默认的初始容量,容量是 10,EMPTY_ELEMENTDATA 这代表的是一个空的初始化数组(自定义容量为 0)。 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 区别上边,他是未自定义容量的空数组。

EMPTY_ELEMENTDATADEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 区别在哪?通过他的构造函数了解下。

构造

/**
 * Constructs an empty list with an initial capacity of ten.
 * 这个地方就会构造一个初始容量为10的数组
 */
public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

public ArrayList(int initialCapacity) {
    if (initialCapacity > 0) {
        this.elementData = new Object[initialCapacity];
    } else if (initialCapacity == 0) {
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    } else {
        throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                           initialCapacity);
    }
}

无参构造器构造一个初始容量为 10 的数组,但是构造函数只是给 elementDate 赋值了一个空数组,其实就是在我们添加元素的时候,容量自动扩充为 10。

总结:如果是使用无参构造时,是把 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 给了 elementDate ,当 initialCapacity 为 0 的时候,就把 EMPTY_ELEMENTDATA 赋值给了 elementDate,如果 initialCapacity 大于 0,就会初始化一个 initialCapacity 长度的数组给 elementDate。

迭代器

使用过 ArrayList 的人一般都知道,在执行 for 循环的时候一般情况是不会去执行 remove 的操作的,因为 remove 的操作会改变这个集合的大小, 所以会有可能出现数组角标越界异常。

具体详情可以参考:18 Java fail fast

这里再次分析下源码:

public Iterator<E> iterator() {
    return new Itr();
}

private class Itr implements Iterator<E> {
    int cursor;       // index of next element to return
    int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such
    int expectedModCount = modCount;

    Itr() {}

    public boolean hasNext() {
        return cursor != size;
    }

    @SuppressWarnings("unchecked")
    public E next() {
        checkForComodification();
        int i = cursor;
        if (i >= size)
            throw new NoSuchElementException();
        Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
        if (i >= elementData.length)
            throw new ConcurrentModificationException();
        cursor = i + 1;
        return (E) elementData[lastRet = i];
    }

    public void remove() {
        if (lastRet < 0)
            throw new IllegalStateException();
        checkForComodification();

        try {
            ArrayList.this.remove(lastRet);
            cursor = lastRet;
            lastRet = -1;
            expectedModCount = modCount;
        } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
            throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }
}

在这个方法内部 next 是最主要的一个方法,他首先去判断了 expectedModCountmodCount 是否一样,然后去看 cursor,是不是超过集合的大小和数组的长度,然后去把 cursor 的值给 lastRet,返回的是下标 lastRet 的元素,最后 cursor 加 1,这样就是说每调用一次 next 方法,cursor 和 lastRet 都会加 1。

当我们在调用 remove 方法的时候,他会去判断 lastRet 是否小于 0,然后去判断 expectedModCountmodCount 是否一样,然后他去调用 ArrayList.remove() 方法去删除下标是 lastRet 的元素,然后把 lastRet 赋值给 cursor,然后初始化 lastRet = -1,最后把 modCount 重新赋值给 expectedModCount

LinkedList

LinkedList 的底层是一个双向链表的结构,它可以进行高效的插入和移除的操作。

LinkedList 节点

LinkedList 是由很多个这样的节点组成的:

  • prev 是存储的上一个节点的引用
  • element 是存储的具体的内容
  • next 是存储的下一个节点的引用

整体结构:

LinkedList 整体结构

图解中可以看出 LinkedList 有好多的 Node,并且还有 first 和 last 这两个变量保存头部和尾部节点的信息。

需要注意:LinkedList 不是一个循环的双向链表,因为他前后都是 null

源码分析

变量

/**
* 集合元素的数量
*/
transient int size = 0;

/**
 * Pointer to first node.
 * Invariant: (first == null && last == null) ||
 *            (first.prev == null && first.item != null)
 * 指向第一个节点的指针
 */
transient Node<E> first;

/**
 * Pointer to last node.
 * Invariant: (first == null && last == null) ||
 *            (last.next == null && last.item != null)
 * 指向最后一个节点的指针
 */
transient Node<E> last;

构造方法


/**
 * Constructs an empty list.
 * 无参构造
 */
public LinkedList() {
}

/**
 * 将集合C中的所有的元素都插入到链表中
 * @param  c the collection whose elements are to be placed into this list
 * @throws NullPointerException if the specified collection is null
 */
public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
    this();
    addAll(c);
}

Node 节点

private static class Node<E> {
    // 值
    E item;

    //后继 指向下一个的引用
    Node<E> next;

    //前驱 指向前一个的引用
    Node<E> prev;

    Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
        this.item = element;
        this.next = next;
        this.prev = prev;
    }
}

addAll


/**
 * 将集合插入到链表的尾部
 */
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
    return addAll(size, c);
}

public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
    checkPositionIndex(index);

    // 获取目标集合转为数组
    Object[] a = c.toArray();
    // 新增元素的数量
    int numNew = a.length;
    // 如果新增元素为0,则不添加,并且返回false
    if (numNew == 0)
        return false;

    // 定义index节点的前置节点,后置节点
    Node<E> pred, succ;

    // 判断是不是链表的尾部,如果是,那么就在链表尾部追加数据
    // 尾部的后置节点一定是null,前置节点是队尾
    if (index == size) {
        succ = null;
        pred = last;
    } else {
        // 如果不是在链表的末尾而是在中间位置的话,
        // 取出index节点,作为后继节点
        succ = node(index);
        // index节点的前节点,作为前驱的节点
        pred = succ.prev;
    }

    // 链表批量的增加,去循环遍历原数组,依次去插入节点的操作
    for (Object o : a) {
        @SuppressWarnings("unchecked")
        // 类型转换
        E e = (E) o;
        // 前置节点为pred,后置节点为null,当前节点值为e的节点newNode
        Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
        // 如果前置节点为空, 则newNode为头节点,否则为pred的next节点
        if (pred == null)
            first = newNode;
        else
            pred.next = newNode;
        // 将新节点标记为前置节点,之后在此节点后添加新节点
        pred = newNode;
    }
    // 循环结束后,如果后置节点是null,说明此时是在队尾追加的
    if (succ == null) {
        last = pred;
    } else {
        // 否则是在队中插入的节点 ,更新前置节点 后置节点
        pred.next = succ;
        succ.prev = pred;
    }
    // 修改数量size
    size += numNew;
    // 修改modCount
    modCount++;
    return true;
}

addFist

将 e 元素添加到链表并且设置其为头节点 Fist:

public void addFirst(E e) {
    linkFirst(e);
}

/**
 * Links e as first element.
 * 将e元素弄成链接列表的第一个元素
 */
private void linkFirst(E e) {
    final Node<E> f = first;

    // 链表开头前驱为空,值为e,后继为f
    final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
    first = newNode;

    // 若f为空,则表明列表中还没有元素,last也应该指向newNode
    if (f == null)
        last = newNode;
    else
        // 否则,前first的前驱指向newNode
        f.prev = newNode;
    size++;
    modCount++;
}

addLast

将元素添加到链表,并且设置为尾部的节点 next:

public void addLast(E e) {
    linkLast(e);
}

/**
 * Links e as last element.
 * 将e元素弄成链接列表的last元素
 */
void linkLast(E e) {
    final Node<E> l = last;

    // 前驱为前last,值为e,后继为null
    final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
    last = newNode;

    // 最后一个节点为空,说明列表中无元素
    if (l == null)
        // first同样指向此节点
        first = newNode;
    else
        // 否则,前last的后继指向当前节点
        l.next = newNode;
    size++;
    modCount++;
}

需要注意:ArrayList 和 LinkedList 都是线程不安全的,因为,他内部的方法都没有进行方法同步,或者说是加锁

Vector

Vector 并不常用,他是一个可实现自动增长的数组,同时也是一个线程安全的数组。

// 它底层也是个数组 但是他的修饰符确实protected的而ArrayList是一个transient的。
protected Object[] elementData;

// 它的方法都是通过synchronized关键字来修饰的
public synchronized void addElement(E obj) {
    modCount++;
    ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
    elementData[elementCount++] = obj;
}

synchronized 关键字表面的意思是:当有两个并发线程同时访问一个对象代码块的时候,在同一个时刻,只能有一个线程得到执行,而另外的一个线程受到阻塞,必须等待当前线程的代码执行完这个代码块之后才能执行该代码。

也就是说在执行 synchronized 代码块的时候会锁定当前的对象,只有执行完改代码块之后才能释放锁,下一个线程开始锁定对象执行。

总结

List 实现类:

  • ArrayList–>数组结构–>线程不安全,效率高–>查询快,增删慢–>容量不够扩容,当前容量长度*1.5+1;默认长度为 10,第一次扩充后的长度为 16,第二次扩充后的长度为 25,第三次扩从后的长度为 38.5,不取用四舍五入,为 38; 但是要注意,JDk1.7 是 1.5+1;而 JDK8 是 1.5,所以视情况而定
  • LinkedList–>双向链表结构–>线程不安全,效率高–>查询慢,增删快–>链表直接在头部尾部新增都可以,所以没有倍数;
  • Vector–>数组结构–>线程安全,效率低–>查询快,增删慢–>扩容长度是:当前容量长度*2;
本站所提供的部分资源来自于网络,版权争议与本站无关,版权归原创者所有!仅限用于学习和研究目的,不得将上述内容资源用于商业或者非法用途,否则,一切后果请用户自负。您必须在下载后的24个小时之内,从您的电脑中彻底删除上述内容资源。如果上述内容资对您的版权或者利益造成损害,请提供相应的资质证明,我们将于3个工作日内予以删除。本站不保证所提供下载的资源的准确性、安全性和完整性,源码仅供下载学习之用!如用于商业或者非法用途,与本站无关,一切后果请用户自负!本站也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的损失或伤害。如有侵权、不妥之处,请联系站长以便删除!
金点网络 » Java 基础概念·Java List

常见问题FAQ

免费下载或者VIP会员专享资源能否直接商用?
本站所有资源版权均属于原作者所有,这里所提供资源均只能用于参考学习用,请勿直接商用。若由于商用引起版权纠纷,一切责任均由使用者承担。
是否提供免费更新服务?
持续更新,永久免费
是否经过安全检测?
安全无毒,放心食用

提供最优质的资源集合

立即加入 友好社区
×