Java集合 之List(ArrayList、LinkedList、Vector、Stack)理解(new)

时间:2021-01-11 17:36:40

 

 

 

一、 ArrayList底层实现原理

 

 

对比

和Vector不同,ArrayList中的操作不是线程安全的!所以,建议在单线程中才使用ArrayList,而在多线程中可以选择Vector或者CopyOnWriteArrayList。

总结
(01) ArrayList 实际上是通过一个数组去保存数据的。当我们构造ArrayList时;若使用默认构造函数,则ArrayList的默认容量大小是10
(02) 当ArrayList容量不足以容纳全部元素时,ArrayList会重新设置容量:新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1”
(03) ArrayList的克隆函数,即是将全部元素克隆到一个数组中。
(04) ArrayList实现java.io.Serializable的方式。当写入到输出流时,先写入“容量”,再依次写入“每一个元素”;当读出输入流时,先读取“容量”,再依次读取“每一个元素”。

 

LinkedList简介

LinkedList 是一个继承于AbstractSequentialList的双向链表。它也可以被当作堆栈、队列或双端队列进行操作。
LinkedList 实现 List 接口,能对它进行队列操作。
LinkedList 实现 Deque 接口,即能将LinkedList当作双端队列使用。
LinkedList 实现了Cloneable接口,即覆盖了函数clone(),能克隆。
LinkedList 实现java.io.Serializable接口,这意味着LinkedList支持序列化,能通过序列化去传输。
LinkedList 是非同步的。

 

LinkedList的本质是双向链表。
(01) LinkedList继承于AbstractSequentialList,并且实现了Dequeue接口。 
(02) LinkedList包含两个重要的成员:header 和 size。
  header是双向链表的表头,它是双向链表节点所对应的类Entry的实例。Entry中包含成员变量: previous, next, element。其中,previous是该节点的上一个节点,next是该节点的下一个节点,element是该节点所包含的值。 
  size是双向链表中节点的个数。

在阅读源码之前,我们先对LinkedList的整体实现进行大致说明:
    LinkedList实际上是通过双向链表去实现的。既然是双向链表,那么它的顺序访问会非常高效,而随机访问效率比较低
    既然LinkedList是通过双向链表的,但是它也实现了List接口{也就是说,它实现了get(int location)、remove(int location)等“根据索引值来获取、删除节点的函数”}。LinkedList是如何实现List的这些接口的,如何将“双向链表和索引值联系起来的”?
    实际原理非常简单,它就是通过一个计数索引值来实现的。例如,当我们调用get(int location)时,首先会比较“location”和“双向链表长度的1/2”;若前者大,则从链表头开始往后查找,直到location位置;否则,从链表末尾开始先前查找,直到location位置。
   这就是“双线链表和索引值联系起来”的方法。

总结
(01) LinkedList 实际上是通过双向链表去实现的。
        它包含一个非常重要的内部类:Entry。Entry是双向链表节点所对应的数据结构,它包括的属性有:当前节点所包含的值上一个节点下一个节点
(02) 从LinkedList的实现方式中可以发现,它不存在LinkedList容量不足的问题。
(03) LinkedList的克隆函数,即是将全部元素克隆到一个新的LinkedList对象中。
(04) LinkedList实现java.io.Serializable。当写入到输出流时,先写入“容量”,再依次写入“每一个节点保护的值”;当读出输入流时,先读取“容量”,再依次读取“每一个元素”。
(05) 由于LinkedList实现了Deque,而Deque接口定义了在双端队列两端访问元素的方法。提供插入、移除和检查元素的方法。每种方法都存在两种形式:一种形式在操作失败时抛出异常,另一种形式返回一个特殊值(null 或 false,具体取决于操作)。

总结起来如下表格:  

    第一个元素(头部)                 最后一个元素(尾部)
        抛出异常        特殊值            抛出异常        特殊值
插入    addFirst(e)    offerFirst(e)    addLast(e)        offerLast(e)
移除    removeFirst()  pollFirst()      removeLast()    pollLast()
检查    getFirst()     peekFirst()      getLast()        peekLast()                                                                   

Vector简介

和ArrayList不同,Vector中的操作是线程安全的

 

总结
(01) Vector实际上是通过一个数组去保存数据的。当我们构造Vecotr时;若使用默认构造函数,则Vector的默认容量大小是10
(02) 当Vector容量不足以容纳全部元素时,Vector的容量会增加。若容量增加系数 >0,则将容量的值增加“容量增加系数”;否则,将容量大小增加一倍。
(03) Vector的克隆函数,即是将全部元素克隆到一个数组中。

 

 Stack详细介绍

学完Vector了之后,接下来我们开始学习Stack。Stack很简单,它继承于Vector。

Stack是栈。它的特性是:先进后出(FILO, First In Last Out)。

java工具包中的Stack是继承于Vector(矢量队列)的,由于Vector是通过数组实现的,这就意味着,Stack也是通过数组实现的而非链表。当然,我们也可以将LinkedList当作栈来使用.

 

总结

(01) Stack实际上也是通过数组去实现的。
       执行push时(即,将元素推入栈中),是通过将元素追加的数组的末尾中。
       执行peek时(即,取出栈顶元素,不执行删除),是返回数组末尾的元素。
       执行pop时(即,取出栈顶元素,并将该元素从栈中删除),是取出数组末尾的元素,然后将该元素从数组中删除。
(02) Stack继承于Vector,意味着Vector拥有的属性和功能,Stack都拥有。

 

List总结(LinkedList, ArrayList等使用场景和性能分析)

 

第1部分 List概括

先回顾一下List的框架图

Java集合 之List(ArrayList、LinkedList、Vector、Stack)理解(new)

 

(01) List 是一个接口,它继承于Collection的接口。它代表着有序的队列。
(02) AbstractList 是一个抽象类,它继承于AbstractCollection。AbstractList实现List接口中除size()、get(int location)之外的函数。
(03) AbstractSequentialList 是一个抽象类,它继承于AbstractList。AbstractSequentialList 实现了“链表中,根据index索引值操作链表的全部函数”。

(04) ArrayList, LinkedList, Vector, Stack是List的4个实现类。
  ArrayList 是一个数组队列,相当于动态数组。它由数组实现,随机访问效率高,随机插入、随机删除效率低。
  LinkedList 是一个双向链表。它也可以被当作堆栈、队列或双端队列进行操作。LinkedList随机访问效率低,但随机插入、随机删除效率低。
  Vector 是矢量队列,和ArrayList一样,它也是一个动态数组,由数组实现。但是ArrayList是非线程安全的,而Vector是线程安全的。
  Stack 是栈,它继承于Vector。它的特性是:先进后出(FILO, First In Last Out)。

第2部分 List使用场景

学东西的最终目的是为了能够理解、使用它。下面先概括的说明一下各个List的使用场景后面再分析原因

如果涉及到“栈”、“队列”、“链表”等操作,应该考虑用List,具体的选择哪个List,根据下面的标准来取舍。
(01) 对于需要快速插入,删除元素,应该使用LinkedList。
(02) 对于需要快速随机访问元素,应该使用ArrayList。
(03) 对于“单线程环境” 或者 “多线程环境,但List仅仅只会被单个线程操作”,此时应该使用非同步的类(如ArrayList)。
       对于“多线程环境,且List可能同时被多个线程操作”,此时,应该使用同步的类(如Vector)。

 

为什么LinkedLisk插入和删除比较快?:因为链表插入时不需要移动后面的内容。

而arrayList数组这种,需要移动插入后的所有数组内容,耗时较多

 

为什么ArrayList查询比较快?因为arrayList数组直接返回第几个元素,而链表先找到位置,在取值(查找比较耗时)