java集合（2）：java中的List接口实现类ArrayList、LinkedList、Vector、Stack

素颜马尾好姑娘i 2022-05-19 12:49 274阅读 0赞

一、List的简介

二、ArrayList源码解读

1）ArrayList的特点

ArrayList是**基于数组实现**的，是一个**动态数组**，其**容量能自动增长**，类似于C语言中的动态申请内存，动态增长内存。

ArrayList是**线程不安全的**，**只能用在单线程环境下**，多线程环境下可以考虑用Collections.synchronizedList(List list)函数返回一个线程安全的ArrayList类，也可以使用concurrent并发包下的CopyOnWriteArrayList类。

ArrayList实现了Serializable接口，因此它支持序列化，**能够通过序列化传输**

ArrayList实现了RandomAccess接口，支持快速随机访问，实际上就是**通过下标序号进行快速访问**

实现了Cloneable接口，**能被克隆**

2）ArrayList的源码讲解（jdk1.7）参考[附属文件的代码][Link 1]，原文中有注解，[下载][Link 1]

3）ArrayList的总结

注意其三个不同的构造方法。无参构造方法构造的ArrayList的容量默认为10，带有Collection参数的构造方法，将Collection转化为数组赋给ArrayList的实现数组elementData，还有就是指定容量大小的构造方法。

注意扩充容量的方法ensureCapacity。ArrayList在每次增加元素（可能是1个，也可能是一组）时，都要调用该方法来确保足够的容量。当容量不足以容纳当前的元素个数时，就设置新的容量为旧的容量的1.5倍加1，如果设置后的新容量还不够，则直接新容量设置为传入的参数（也就是所需的容量），而后用Arrays.copyof()方法将元素拷贝到新的数组（详见下面的第3点）。从中可以看出，当容量不够时，每次增加元素，都要将原来的元素拷贝到一个新的数组中，非常之耗时，也因此建议在事先能确定元素数量的情况下，才使用ArrayList，否则建议使用LinkedList。

ArrayList的实现中大量地调用了Arrays.copyof()和System.arraycopy()方法。我们有必要对这两个方法的实现做下深入的了解。

首先来看Arrays.copyof()方法。它有很多个重载的方法，但实现思路都是一样的，我们来看泛型版本的源码：

public static <T> T[] copyOf(T[] original, int newLength) {
        return (T[]) copyOf(original, newLength, original.getClass());
    }

很明显调用了另一个copyof方法，该方法有三个参数，最后一个参数指明要转换的数据的类型，其源码如下：

public static <T,U> T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class<? extends T[]> newType) {
        T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class) ? (T[]) new Object[newLength] : (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength);
        System.arraycopy(original, 0, copy, 0, Math.min(original.length, newLength));
        return copy;
    }

这里可以很明显地看出，该方法实际上是在其内部又创建了一个长度为newlength的数组，调用System.arraycopy()方法，将原来数组中的元素复制到了新的数组中。

下面来看System.arraycopy()方法。该方法被标记了native，调用了系统的C/C++代码，在JDK中是看不到的，但在openJDK中可以看到其源码。该函数实际上最终调用了C语言的memmove()函数，因此它可以保证同一个数组内元素的正确复制和移动，比一般的复制方法的实现效率要高很多，很适合用来批量处理数组。Java强烈推荐在复制大量数组元素时用该方法，以取得更高的效率。

注意ArrayList的两个转化为静态数组的toArray方法。

第一个，Object\[\] toArray()方法。该方法有可能会抛出java.lang.ClassCastException异常，如果直接用向下转型的方法，将整个ArrayList集合转变为指定类型的Array数组，便会抛出该异常，而如果转化为Array数组时不向下转型，而是将每个元素向下转型，则不会抛出该异常，显然对数组中的元素一个个进行向下转型，效率不高，且不太方便。

第二个，<T> T\[\] toArray(T\[\] a)方法。该方法可以直接将ArrayList转换得到的Array进行整体向下转型（转型其实是在该方法的源码中实现的），且从该方法的源码中可以看出，参数a的大小不足时，内部会调用Arrays.copyOf方法，该方法内部创建一个新的数组返回，因此对该方法的常用形式如下：

public static Integer[] vectorToArray2(ArrayList<Integer> v) {  
        Integer[] newText = (Integer[])v.toArray(new Integer[0]);  
        return newText;  
    }

ArrayList基于数组实现，可以通过下标索引直接查找到指定位置的元素，因此查找效率高，但每次插入或删除元素，就要大量地移动元素，插入删除元素的效率低。

在查找给定元素索引值等的方法中，源码都将该元素的值分为null和不为null两种情况处理，**ArrayList中允许元素为null**。

三、LinkedList源码解读

1）LinkedList的特点

LinkedList是基于**双向循环链表**（从源码中可以很容易看出）实现的，除了可以当做**链表**来操作外，它还可以当做**栈**、**队列**和**双端队列**来使用；

LinkedList同样是**非线程安全的**，只在**单线程下适合使用；**

LinkedList实现了Serializable接口，因此它**支持序列化**，能够通过序列化传输；

实现了Cloneable接口，**能被克隆；**

2）LinkedList的源码讲解（jdk1.7）参考[附属文件的代码][Link 1]，原文中有注解，[下载][Link 1]

3）LinkedList的总结

从源码中很明显可以看出，LinkedList的实现是基于双向循环链表的，且头结点中不存放数据，如下图;

![70][]

注意两个不同的构造方法。无参构造方法直接建立一个仅包含head节点的空链表，包含Collection的构造方法，先调用无参构造方法建立一个空链表，而后将Collection中的数据加入到链表的尾部后面。

在查找和删除某元素时，源码中都划分为该元素为null和不为null两种情况来处理，LinkedList中允许元素为null。

LinkedList是基于链表实现的，因此不存在容量不足的问题，所以这里没有扩容的方法。

注意源码中的Entry<E> entry(**int** index)方法。该方法返回双向链表中指定位置处的节点，而链表中是没有下标索引的，要指定位置出的元素，就要遍历该链表，从源码的实现中，我们看到这里有一个加速动作。源码中先将index与长度size的一半比较，如果index<size/2，就只从位置0往后遍历到位置index处，而如果index>size/2，就只从位置size往前遍历到位置index处。这样可以减少一部分不必要的遍历，从而提高一定的效率（实际上效率还是很低）。

注意链表类对应的数据结构Entry。如下;

// 双向链表的节点所对应的数据结构。  
    // 包含3部分：上一节点，下一节点，当前节点值。  
    private static class Entry<E> {  
        // 当前节点所包含的值  
        E element;  
        // 下一个节点  
        Entry<E> next;  
        // 上一个节点  
        Entry<E> previous;  
        /**  
         * 链表节点的构造函数。  
         * 参数说明：  
         *   element  —— 节点所包含的数据  
         *   next      —— 下一个节点  
         *   previous —— 上一个节点  
         */ 
        Entry(E element, Entry<E> next, Entry<E> previous) {  
            this.element = element;  
            this.next = next;  
            this.previous = previous;  
        }  
    }

LinkedList是基于链表实现的，因此**插入删除效率高**，**查找效率低**（虽然有一个加速动作）。

要注意源码中还实现了栈和队列的操作方法，因此也可以作为栈、队列和双端队列来使用。

四、Vector源码解读

1）Vector的特点

Vector也是基于数组实现的，是一个动态数组，其容量能自动增长；

Vector是JDK1.0引入了，它的很多实现方法都加入了同步语句，因此是**线程安全**的（其实也只是相对安全，有些时候还是要加入同步语句来保证线程的安全），可以用于多线程环境；

Vector**没有实现Serializable接口**，因此它不支持序列化；

实现了Cloneable接口，**能被克隆；**

实现了RandomAccess接口，**支持快速随机访问**。

2）Vector的源码讲解（jdk1.7）参考[附属文件的代码][Link 1]，原文中有注解，[下载][Link 1]

3）Vector的总结

Vector有**四个不同的构造方法**。无参构造方法的容量为默认值10，仅包含容量的构造方法则将容量增长量（从源码中可以看出容量增长量的作用，第二点也会对容量增长量详细说）明置为0。

注意扩充容量的方法ensureCapacityHelper。与ArrayList相同，Vector在每次增加元素（可能是1个，也可能是一组）时，都要调用该方法来确保足够的容量。当容量不足以容纳当前的元素个数时，就先看构造方法中传入的容量增长量参数CapacityIncrement是否为0，如果不为0，就设置新的容量为就容量加上容量增长量，如果为0，就设置新的容量为旧的容量的2倍，如果设置后的新容量还不够，则直接新容量设置为传入的参数（也就是所需的容量），而后同样用Arrays.copyof()方法将元素拷贝到新的数组。

很多方法都加入了synchronized同步语句，来保证线程安全。

同样在查找给定元素索引值等的方法中，源码都将该元素的值分为null和不为null两种情况处理，Vector中也允许元素为null。

其他很多地方都与ArrayList实现大同小异，Vector现在已经基本**不再使用**。

五、Stack源码解读

1）Stack的特点

2）Stack的源码讲解（jdk1.7）参考[附属文件的代码][Link 1]，原文中有注解，[下载][Link 1]

3）Stack的总结

六、List的总结

[Link 1]: http://www.baidu.com
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