Java List源码研究

List源码研究

一、概述

ArrayList：【数组实现的】方法不同步、线程不安全、性能相对高，查找速度快,默认扩充为原来的1.5倍。

Vector：【数组实现的】方法同步（sychronized）、线程安全、性能相对低、查找速度快，可设置增长因子，一般扩充2倍。

LinkedList：【双向列表实现的】线程不安全、插入效率高。>>只在末端增删元素，用于保持数据插入的顺序。

二、ArrayList

1、继承了AbstractList，实现了RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable接口。

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

2、初始容量为10.

private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

3、ArrayList扩容机制 ：调用ensureCapacity(int minCapacity)函数，传入扩容参数，如果扩容参数大于默认容量，就调用ensureExplicitCapacity，最终进入grow()函数进行扩容。

grow()函数接收一个minCapacity参数，新容量扩为旧容量的1.5倍。如果新容量大于 MAX_ARRAY_SIZE ，调用hugeCapacity，抛出OutOfMemoryError();否则开始执行Arrays.copyOf()函数，该方法内new了一个数组，调用了System.arraycopy()把旧的元素复制到新的数组中。

public void ensureCapacity(int minCapacity) {
        int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
            // any size if not default element table
            ? 0
            // larger than default for default empty table. It's already
            // supposed to be at default size.
            : DEFAULT_CAPACITY;

        if (minCapacity > minExpand) {
            ensureExplicitCapacity(minCapacity);
        }
    }
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);
    }

4、add方法实现：要add新元素，首先调用ensureCapacityInternal，此时的容量为原size+1，如果没有超过默认容量，就直接在数组最后插入该元素。

  public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

5、indexOf方法实现：可以看处Array是支持null元素的，首先是判断对象是否为null，然后用for循环进行查找。查找失败的时候返回-1.

 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;
    }

三、Vector

1、与ArrayList一样， 继承了AbstractList，实现了RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable接口。

public class Vector<E>
    extends AbstractList<E>
    implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{

2、不同点：自己实现了coptInto方法，并且加上了synchronized同步，ArrayList中是直接调用的System.arraycopy，这样就不能保证复制过程中的同步。

  public synchronized void copyInto(Object[] anArray) {
        System.arraycopy(elementData, 0, anArray, 0, elementCount);
    }

3、扩容机制：把synchronized修饰符放在了最上面，判断是否需要扩容的函数上，而不是grow上。新容量默认是扩充为旧容量的两倍，但是如果在构造函数的时候传入了自定义的扩容参数，新容量就扩为旧容量+自定义增量的和。

public synchronized void ensureCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity > 0) {
            modCount++;
            ensureCapacityHelper(minCapacity);
        }
    }
private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ?
                                         capacityIncrement : oldCapacity);
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

4、indexOf：同样也是支持null元素的，唯一不同的是加上了synchronized修饰。

 public synchronized int indexOf(Object o, int index) {
        if (o == null) {
            for (int i = index ; i < elementCount ; i++)
                if (elementData[i]==null)
                    return i;
        } else {
            for (int i = index ; i < elementCount ; i++)
                if (o.equals(elementData[i]))
                    return i;
        }
        return -1;
    }

5、addAll方法：首先是被synchronized修饰，然后调用toArray()方法先将传入的集合放到一个对象数组中，然后获得数组的长度，判断是否需要扩容，然后再调用System.arraycopy()函数完成复制，最后更新当前的元素总数。

 public synchronized boolean addAll(Collection c) {
        modCount++;
        Object[] a = c.toArray();
        int numNew = a.length;
        ensureCapacityHelper(elementCount + numNew);
        System.arraycopy(a, 0, elementData, elementCount, numNew);
        elementCount += numNew;
        return numNew != 0;
    }

四、LinkedList

1、继承了AbstractSequentialList，实现了List,Deque, Cloneable和Serializable接口。 因此LinkedList既可以看成是List（列表），也可以看成是Deque（双端队列）。

public class LinkedList<E>
    extends AbstractSequentialList<E>
    implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{

2、内部实现：使用链表实现，每个Node都有前继和后继。

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;
        }
    }

3、add方法：默认是在尾部添加元素。LinkedList中定义了一个last节点，该节点是记录当前最后一个节点last，然后把新节点赋给last，如果该节点为空，该节点就设为新的头节点first，如果不为空，就把该节点赋给l.next。

public boolean add(E e) {
        linkLast(e);
        return true;
    }
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++;
    }