Java基础之List

前言

本文是我记录java学习迈出的第一步，从简单开始，逐步深入，回头能看见脚印也算是一种鞭策，已挖的坑后续会逐渐补上。言归正传，今天记录list相关知识，主要涉及集合类的定义，不同类型的list子类如何在内存中分布和扩容机制。

一、认识集合类Collection和Collections

1.1 Collection

java.util.Collection 是一个集合接口（集合类的一个顶级接口）。它提供了对集合对象进行基本操作的通用接口方法。Collection接口在Java 类库中有很多具体的实现。Collection接口的意义是为各种具体的集合提供了最大化的统一操作方式，其直接继承接口有List与Set。(本文使用jdk版本为1.8.0)
Collection
List
│├LinkedList
│├ArrayList
│└Vector
│　└Stack
└Set

1.2 Collections

Collections则是集合类的一个工具类/帮助类，其中提供了一系列静态方法，用于对集合中元素进行排序、搜索以及线程安全等各种操作。

1.3 总结

由上可以看到，接口名称为名词，工具类名称为名词复数，貌似jdk中大多数接口和工具类都有类似特点，例如NIO中的Path和Paths等，这样可以方便区分他们的用途，欢迎继续补充。

二、内存分布

2.1 Vector

Vector有四个构造函数，用户可以指定数组初始大小和数组容量不足时增加量。数据在内存中以数组方式存储，如果数据量超过初始大小，Vector容器会自动扩容。

public Vector(){
      this(10);
}
public Vector(int initialCapacity);
public Vector(int initialCapacity, int capacityIncrement) {
      super();
      if (initialCapacity < 0)
          throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+initialCapacity);
      this.elementData = new Object[initialCapacity];
      this.capacityIncrement = capacityIncrement;
}
public Vector(Collection c);

2.2 ArrayList

ArrayList一共有三个构造函数，分别是：

public ArrayList();
public ArrayList(int initialCapacity){
        if (initialCapacity > 0) {
            this.elementData = new Object[initialCapacity];
        } else if (initialCapacity == 0) {
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        } else {
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+initialCapacity);
        }
}
public ArrayList(Collection c) ;

可以发现ArrayList与Vector类似，实质是维持一个指定大小的数组。主要区别在于Vector所有方法都是synchronized修饰的，而ArrayList需要开发人员自己保证线程安全。

2.3 LinkedList

LinkedList只有两个构造函数，数据在内存中以双向链表的形式存储，节点类型为Node。

private static class Node {
      E item;  //节点数据
      Node next;  //节点后继
      Node prev;  //节点前驱

      Node(Node prev, E element, Node next) {
          this.item = element;
          this.next = next;
          this.prev = prev;
      }
}
//添加元素
public boolean add(E e) {
     linkLast(e);
     return true;
}

三、容器扩容

3.1 Vector

根据构造函数可知，Vector容器扩容主要参数：

• 初始容量为10；
• 加载因子为1，即容器满了才扩展容量；
• 扩展因子为2，即为旧容器的两倍。（如果为设置增长量）

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);
}

3.2 ArrayList

ArrayList扩容主要参数：

• 初始容量为10；
• 加载因子为1，即容器满了才扩展容量；
• 扩展因子为1.5，即为旧容器的1.5倍。

private void grow(int minCapacity) {
      // overflow-conscious code
      int oldCapacity = elementData.length;
      int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); //旧容器的1.5倍
      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);
}

3.3 LinkedList

由于使用链表结构，不存在扩容的概念。

四、线程安全

如果要使用线程安全的List容器，除了使用Vector和手工控制加锁外，还可以使用Collections工具类的synchronizedList方法。

public static  List synchronizedList(List list) {
      return (list instanceof RandomAccess ?
              new SynchronizedRandomAccessList<>(list) :
              new SynchronizedList<>(list));
}
//eg
List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());

五、总结

虽然List只是JDK中的一个简单的数据结构，但是在日常工作中使用频率较高，我们不光要弄懂使用方法，还要清楚数据结构中的底层原理，方便开发更加高效的代码，同时也能减少一些不必要的错误。看似简单的一篇博文，但对于初学博文的我来说，还是花费了一些时间，希望以后能够能更加熟练，谨以此记。