List之实现类ArrayList&Vector&LinedList&Stack浅析

☛我们可以看到List的已知实现类很多，在我们的学习、工作中，常见的、常用的有ArrayList、Vector、LinedList、Stack这四个类。似乎在开发过程，我们大多时候就是用到List,就会想到ArrayList，大家有没有这种感想，源码不熟练，就会只知其然不知所以然，接下来我会从上面说的四个实现List接口的常用类浅谈下它们的区别，希望这次分享能够给大家带来一定的收获！

java.util 接口 List

• 所有超级接口：

Collection, Iterable

• 所有已知实现类：

AbstractList, AbstractSequentialList, ArrayList, AttributeList, CopyOnWriteArrayList, LinkedList, RoleList, RoleUnresolvedList, Stack, Vector

1.常见的四个实现类

①ArrayList：是List 接口的大小可变数组的实现。（动态数组）

②Vector：可以实现可增长的对象数组。与数组一样，它包含了可使用整数索引进行访问的组件。（动态数组）

③LinedList：是List 接口的链接列表实现。（双链表）

④Stack：它表示后进先出（LIFO）的对象堆栈。（栈）

2.ArrayList与Vector区别在哪？

★相同点：它们两个底层都是动态数组，即物理结构都是数组。

☆不同点：

①Vector是JDK1.0就已经具备了，线程是安全的，Vector支持旧版的迭代器Enumeration迭代器，当然也支持新版的Iterator迭代器；Vector扩容机制是2倍，初始容量是10。

由 Vector 的 iterator 和 listIterator 方法所返回的迭代器是快速失败的：如果在迭代器创建后的任意时间从结构上修改了向量（通过迭代器自身的 remove 或 add 方法之外的任何其他方式），则迭代器将抛出 ConcurrentModificationException。因此，面对并发的修改，迭代器很快就完全失败，而不是冒着在将来不确定的时间任意发生不确定行为的风险。Vector 的 elements 方法返回的 Enumeration 不是 快速失败的。

注意，迭代器的快速失败行为不能得到保证，一般来说，存在不同步的并发修改时，不可能作出任何坚决的保证。快速失败迭代器尽最大努力抛出 ConcurrentModificationException。因此，编写依赖于此异常的程序的方式是错误的，正确做法是：迭代器的快速失败行为应该仅用于检测 bug。

从 Java 2 平台 v1.2 开始，此类改进为可以实现 List 接口，使它成为 Java Collections Framework 的成员。与新 collection 实现不同，Vector 是同步的。

②ArrayList是JDK1.2有的，线程不安全，ArrayList只支持Iterator迭代器。ArrayList扩容机制是1.5倍，初始容量是10，扩容频率比较高，但节省内存。

每个 ArrayList 实例都有一个容量。该容量是指用来存储列表元素的数组的大小。它总是至少等于列表的大小。随着向 ArrayList 中不断添加元素，其容量也自动增长。并未指定增长策略的细节，因为这不只是添加元素会带来分摊固定时间开销那样简单。

在添加大量元素前，应用程序可以使用 ensureCapacity 操作来增加 ArrayList 实例的容量。这可以减少递增式再分配的数量。

**注意，此实现不是同步的。**如果多个线程同时访问一个 ArrayList 实例，而其中至少一个线程从结构上修改了列表，那么它必须 保持外部同步。（结构上的修改是指任何添加或删除一个或多个元素的操作，或者显式调整底层数组的大小；仅仅设置元素的值不是结构上的修改。）这一般通过对自然封装该列表的对象进行同步操作来完成。如果不存在这样的对象，则应该使用 Collections.synchronizedList 方法将该列表“包装”起来。这最好在创建时完成，以防止意外对列表进行不同步的访问：

     List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList(...)); 

▲于此之前，我们应该注意到StringBuffer(线程安全的，JDK1.0)和StringBuilder(线程不安全的，JDK1.5)这个类，在单线程情况下，我们一般认为StringBuilder效率更高。

◆小结：为什么JDK版本在不断升级，实现类在演变的过程中线程却不安全？

其实也不难回答，效率提高了，一些场景，单线程的处理也比较多，所以我们还是需要这样的类！

3.动态数组（ArrayList、Vector）与LinedList区别在哪？

①动态数组的物理结构：数组。

②LinedList的物理结构：双向链表。

代码演示01：

//单向链表的结点
public class OneLinkedList {
		 	private Node<E> head; //头结点
		    private int total;//结点数
		    //静态内部类
			private staic class Node<E>{
			  	E element; //元素
			 	Node<E> next;//下一个元素的地址
			}
		  }

代码演示02：

//双向链表的结点
class DoubleLinkedList{
	  	 private Node<E> first; //头结点
	 	 private Node<E> last;//尾结点
	     private int size;//双链表的结点大小
	 
		  private static class Node<E>{
		 	 Node<E> prev;//上一个结点的地址
		  	 E element;//元素（数据）
		     Node<E> next;//下一个结点的地址
		  }
	  }

③数组：

（1）可以通过[index]快速的定位到某个元素【优点】；

（2）当插入、删除元素的时候，需要移动元素System.arraycopy(…)；

（3）当添加时，还需要自动扩容，当不断扩容时，空闲的元素的越来越多，空间利用率低；

（4）数组需要连续的存储空间，当数组比较大的时候，寻找连续的存储空间比较费劲。

④双链表：

（1）当插入、删除元素时，不需要移动元素，只要修改前后元素的引用（prev、next ）关系；

• 例如：在双链表，插入newNode，在node1和node2之间插入

  node1.next = newNode //找到插入结点（newNode）上一个结点（node1）尾指向 存储 结点（newNode）
  
  newNode.prev = node1;//结点（newNode）头指向 存储 插入结点（newNode）上一个结点（node1）
  
  node2.prev = newNode;//找到插入结点（newNode）下一个结点（node2）尾指向 存储 结点（newNode）
  
  newNode.next = node2;//结点（newNode）头指向 存储 插入结点（newNode）下一个结点（node2）
  

• 例如：删除node 找到node的前一个 node1，以及node的后一个结点node2

  node1.next = node2;//删除结点（node）的前一个结点（node1）尾指向存储 删除结点的后一个结点（node2）地址
  
  node2.prev = node1;//删除结点（node）的后一个结点（node2）头指向存储 删除结点的后一个结点（node1）地址
  

• 以下操作，使得node结点彻底称为垃圾，方便被GC回收

  node.prev = null;//结点的头指向地址修改为空
  
  node.next = null;//结点的尾指向地址修改为空
  
  node.element = null;//元素修改为空
  

（2）当不断添加元素时，只是增加结点的个数，不会有多余的空间浪费；

（3）链表的元素的地址不需要连续，因为前后元素的关系不是靠下标，而是通过next,prev来查找即可。这个更灵活；

（4）在查找时，速度比较慢，如果是单链表只能从前往后开始查找如果是双链表，可以从前往后，或从后往前。

（5）因为链表没有下标，如果你调用和[index]相关的方法时，都要从头或从尾现数。LindedList也是List的实现类，List接口中有和[index]相关的方法。

★思考题，假设：LinkedList要实现get(int index)的方法，怎么实现？

public E get(int index) {
	checkElementIndex(index);
	return node(index).item;
    	}
    Node<E> node(int index) {
    // assert isElementIndex(index);
        
    if (index < (size >> 1)) {
        Node<E> x = first;
        for (int i = 0; i < index; i++)
            x = x.next;
        return x;
    } else {
        Node<E> x = last;
        for (int i = size - 1; i > index; i--)
            x = x.prev;
        return x;
    }
}	

4.如何选择动态数组（ArrayList、Vector）与链表（LinedList）？

①如果查询操作多，那么使用ArrayList更快。
② 如果添加，删除等操作多，而且元素的个数非常不确定，但是比较多，那么建议使用LinkedList更好。

5.链表（LinedList）提供的方法

LinkedList它因为是双向链表，而且同时还提供了很多方法，能够使得LinkedList又能作为：双端队列，栈，普通的队列等数据结构使用。
①栈结构：先进后出（FILO），或者说 后进先出（LIFO） FILO(First In Last Out)
(1)peek：查看栈顶元素，不弹出
(2)pop：弹出栈
(3)push：压入栈 即添加到链表的头

② 队列：先进先出（FIFO） LinkedList同时实现了List、Queue接口
(1)offer(e)：放进去
(2)poll()：拉出来
(3)peek()：只看不移走

③ 双端队列：可以从队头移走元素，也可以从对尾移走元素 , LinkedList同时实现了List、Queue,Deque接口
说明：名称 deque 是“double ended queue（双端队列）”的缩写，通常读为“deck

• 下表总结了上述 12 种方法：

  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()

6.Stack类

Stack是Vector的子类

• 比List多了几个方法
  (1)peek：查看栈顶元素，不弹出
  (2)pop：弹出栈
  (3)push：压入栈 即添加到链表的头

• 建议，如果想要使用堆栈的数据结构来解决问题，建议使用ArrayQueue或LinkedList，而不是Stack。

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