Java ArrayList和LinkList源码分析

基于JDK1.7版本，看ArrayList和LinkedList的源码实现。这两个类都在java.util包下面，根据包名可以理解为这两个类本身就是工具类。

• ArrayList

1. 首先看看ArrayList的父类实现

ArrayList extends AbstractList implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

ArrayList继承了AbstractList。其实AbstractList也是实现了List接口的，只是里面封装了一些基础的List操作。List接口就是定义了所有的List基础方法。至于RandomAccess，Cloneable这两个接口仅仅只是声明式的接口，这里不做过多的讨论。

2. 接下来看看属性

    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

    private transient Object[] elementData;

    private int size;

简单解释一下这4个属性，DEFAULT_CAPACITY 是ArrayList里面elementData数组默认的大小。size是指当前list的大小。

通过属性我们可以看到其实ArrayList就是封装了数组，我们操作的本质还是数组

3. 再看看我们常用的几个方法

    public ArrayList(int initialCapacity) {
        super();
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        this.elementData = new Object[initialCapacity];
    }
    /**
    * 返回List的大小
    */
    public int size() {
        return size;
    }
    /**
    * 判断List是否为空
    */
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }
    /**
    * 判断List是否包含某个元素
    */
   public boolean contains(Object o) {
        return indexOf(o) >= 0;
    }
    /**
    * 判断是否包含对象o
    * 也就是直接遍历elementData数组
    */
    public int indexOf(Object o) {
        if (o == null) {
            for (int i = 0; i < size; i++)
                if (elementData[i]==null)
                    return i;
        } else {
            for (int i = 0; i < size; i++)
                if (o.equals(elementData[i]))
                    return i;
        }
        return -1;
    }

都是比较简单的实现。

    /**
    * 获取位置index的对象
    * 先判断index是否大于size
    * 返回数组index位置的元素
    */
    public E get(int index) {
        rangeCheck(index);

        return elementData(index);
    }
    /**
    * 检查index是否大于size,如果大于则抛出IndexOutOfBoundsException
    */
    private void rangeCheck(int index) {
        if (index >= size)
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }

    /**
     * 看下add方法是如何实现的
     * 先扩充数组，然后在size的大小上加1
     */
    public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

    /**
    * 可以看到如果数组是空的话，把数组的大小直接设置成默认的大小，也就是10
    * 为什么要这样呢，我才是为了避免频繁的更新数组大小
    */
    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        if (elementData == EMPTY_ELEMENTDATA) {
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }

        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }
    /**
    * modCount表示当前List的修改次数
    * 判断当前需要的最小数组大小是否大于当前数组的大小
    */
    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;

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

    /**
     * 重点来了，这块是重新new了一个数组的，然后把旧的数组数据复制到新的数组里面
     */
    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);
    }

• LinkedList

1. 看看类声明

LinkedList extends AbstractSequentialList implements List, Deque, Cloneable,java.io.Serializable

父类AbstractSequentialList是个抽象类，也是继承了AbstractlList类。可以看出LinkedList比ArrayList多实现了一个Deque接口。

2. 再看看有那些属性

    transient int size = 0;

    transient Node first;

    transient Node last;

简单解释一下size表示当前List的大小，first标识当前第一个节点对象，last最后一个。再看看Node是什么鬼：

    private static class Node {
        E item;
        Node next;
        Node prev;

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

它是LinkedList内部的一个私有类，包含了两个它自身的对象和一个泛型对象。
到这大家都能想到了吧，LinkedList其实就是一个链表型的List。LinkedList本身包含了第一个节点和最后一个节点，每个节点都持有自身的泛型对象和上一个、下一个节点的对象。

3. 最后再来看看LinkedList常用的几个方法是如何实现的

    /**
     * 添加一个元素
     */
    public boolean add(E e) {
        linkLast(e);
        return true;
    }
    /**
     * 先把最后的节点，赋值给一个变量l
     * new出一个节点，把它的last属性指向刚new出的节点newNode 
     * 然后把变量l的next属性也指向newNode
     */
    void linkLast(E e) {
        final Node l = last;
        final Node newNode = new Node<>(l, e, null);
        last = newNode;
        if (l == null)
            first = newNode;
        else
            l.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

    /**
     * 获取index位置的元素
     * 先检查index是否大于size
     */
    public E get(int index) {
        checkElementIndex(index);
        return node(index).item;
    }

    /**
     * 获取index位置的节点
     * 先判断index是否小于size的1/2，如果小于则从开头开始遍历，否则从结尾处开始
     */
    Node node(int index) {
        if (index < (size >> 1)) {
            Node x = first;
            for (int i = 0; i < index; i++)
                x = x.next;
            return x;
        } else {
            Node x = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--)
                x = x.prev;
            return x;
        }
    }

• 总结

综上我们可以看到两个List的实现原理，既然明白了实现的原理，我们在使用List的时候可以根据自身的需求来选择。
比如我们在清楚List的大小的时候，可以使用ArrayList，在创建的时候，直接指定它的大小。这样的好处就是一次性创建好数组。缺点也显而易见，就是需要更新数组大小，复制数组
LinkedList的优势就是在未知的List大小时，可以快速的更新集合大小，缺点就是在获取某个位置的元素时比较麻烦，需要遍历所有的节点，当然源码中做了判断，可最多的时候也需要遍历1/2的大小。