java 集合ArrayList及LinkList源码分析

首先是ArrayList的继承体系,代码如下:

publicclassArrayList<E>extendsAbstractList<E>
 implementsList<E>,RandomAccess,Cloneable,java.io.Serializable

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

可以看到ArrayList是List接口的一个实现类,List接口规定可以存放有序重复的元素,因此ArrayList遵循了这一原则.接着看一下ArrayList的构造方法:

publicArrayList(intinitialCapacity){
 super();
 if(initialCapacity<0)//如果参数小于0，则抛出参数不合法异常
 thrownewIllegalArgumentException("IllegalCapacity:"+
initialCapacity);
 this.elementData=newObject[initialCapacity];//初始化ArrayList底层维护的数组
}


 publicArrayList(){
 this(10);//调用本类的有参构造方法
}

 public ArrayList(int initialCapacity) {
	super();
        if (initialCapacity < 0) //如果参数小于0，则抛出参数不合法异常
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
	this.elementData = new Object[initialCapacity];//初始化ArrayList底层维护的数组
    }


    public ArrayList() {
	this(10);//调用本类的有参构造方法
    }

先看第二个构造方法,虽然构造方法里面没有参数,但是在实现中会默认调用本类的带参构造方法，初始化为10个长度;对于第一个构造方法,传入了一个参数用来初始化ArrayList容量

下面分析部分常用方法:

publicbooleanadd(Ee){
 ensureCapacity(size+1);//确保底层数组容量可以装入e
 elementData[size++]=e;//在第size个索引位置放入e,然后size+1
 returntrue;//添加成功,返回true
}

 public boolean add(E e) {
	ensureCapacity(size + 1);  //确保底层数组容量可以装入e
	elementData[size++] = e; //在第size个索引位置放入e,然后size+1
	return true;//添加成功,返回true
    }

在该方法中，重点是ensureCapacity(size + 1)这个方法,下面看其源码:

publicvoidensureCapacity(intminCapacity){
modCount++;
 intoldCapacity=elementData.length;//得到目前数组的容量大小
 if(minCapacity>oldCapacity){//如果目前数组容量小于传入的参数minCapacity
ObjectoldData[]=elementData;
 intnewCapacity=(oldCapacity*3)/2+1;//则新生成一个容量
 if(newCapacity<minCapacity)//如果新生成的容量依旧小于传入的参数
 newCapacity=minCapacity;//则将参数赋予这个新容量
 elementData=Arrays.copyOf(elementData,newCapacity);//将数组扩大newCapacity个长度
}
}

 public void ensureCapacity(int minCapacity) {
	modCount++;
	int oldCapacity = elementData.length;//得到目前数组的容量大小
	if (minCapacity > oldCapacity) {          //如果目前数组容量小于传入的参数minCapacity
	    Object oldData[] = elementData;   
	    int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;//则新生成一个容量
    	    if (newCapacity < minCapacity) //如果新生成的容量依旧小于传入的参数
		newCapacity = minCapacity;//则将参数赋予这个新容量
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);//将数组扩大newCapacity 个长度
	}
    }

因为数组长度一旦定义则不能够变化,所以JDK中使用ensureCapacity方法来确保数组长度能动态变化,这也是ArrayList与数组的不同之处

publicEget(intindex){
 RangeCheck(index);//检查一下index是否越界

 return(E)elementData[index];//返回第index的元素
}

 public E get(int index) {
	RangeCheck(index); //检查一下index是否越界

	return (E) elementData[index]; //返回第index的元素
    }

get方法用于取出第index的元素,该方法里使用了RangeCheck方法来检查索引是否越界

publicbooleancontains(Objecto){
 returnindexOf(o)>=0;
}

 public boolean contains(Object o) {
	return indexOf(o) >= 0;
    }

contains方法用来判断ArrayList中对象o是否在,调用了indexOf来实现

publicintindexOf(Objecto){
 if(o==null){//如果o为null
 for(inti=0;i<size;i++)//循环遍历ArrayList底层的数组
 if(elementData[i]==null)//如果某个元素为空,则返回该元素的索引
 returni;
 }else{//如果o不为null
 for(inti=0;i<size;i++)//循环遍历ArrayList底层的数组
 if(o.equals(elementData[i]))//若发现其中某个元素等于o,则返回该元素的索引
 returni;
}
 return-1;//没有找到返回-1
}

public int indexOf(Object o) {
	if (o == null) {//如果o为null
	    for (int i = 0; i < size; i++)//循环遍历ArrayList底层的数组
		if (elementData[i]==null)//如果某个元素为空,则返回该元素的索引
		    return i;
	} else {         //如果o不为null
	    for (int i = 0; i < size; i++)//循环遍历ArrayList底层的数组
		if (o.equals(elementData[i]))//若发现其中某个元素等于o,则返回该元素的索引
		    return i;
	}
	return -1;//没有找到返回-1
    }

indexOf方法还是比较简单,注意的是将对象o分为null和非null进行判断

publicEremove(intindex){
 RangeCheck(index);//检查索引边界

modCount++;
 EoldValue=(E)elementData[index];//得到index上的元素

 intnumMoved=size-index-1;//得到需要移动的元素数量,注意这里要减1,因为不包括将要删除的元素
 if(numMoved>0)//需要移动的元素数量大于0,则开始移动ArrayList底层数组
 System.arraycopy(elementData,index+1,elementData,index,
numMoved);
 elementData[--size]=null;//将最后宇哥元素值为null,便于垃圾回收器回收

 returnoldValue;//返回删除的元素值
}

 public E remove(int index) {
	RangeCheck(index);//检查索引边界

	modCount++;
	E oldValue = (E) elementData[index];//得到index上的元素

	int numMoved = size - index - 1;//得到需要移动的元素数量,注意这里要减1,因为不包括将要删除的元素
	if (numMoved > 0)//需要移动的元素数量大于0,则开始移动ArrayList底层数组
	    System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
			     numMoved);
	elementData[--size] = null; // 将最后宇哥元素值为null,便于垃圾回收器回收

	return oldValue;//返回删除的元素值
    }

从上面源码可以看到，每删除一个元素且不是最后一个元素则需要移动底层数组,这样会导致效率低下,故ArrayList

不适合删除操作过多的场景

ArrayList还重载了remove方法:

publicbooleanremove(Objecto){
 if(o==null){
 for(intindex=0;index<size;index++)
 if(elementData[index]==null){
fastRemove(index);
 returntrue;
}
 }else{
 for(intindex=0;index<size;index++)
 if(o.equals(elementData[index])){
fastRemove(index);
 returntrue;
}
}
 returnfalse;
}

public boolean remove(Object o) {
	if (o == null) {
            for (int index = 0; index < size; index++)
		if (elementData[index] == null) {
		    fastRemove(index);
		    return true;
		}
	} else {
	    for (int index = 0; index < size; index++)
		if (o.equals(elementData[index])) {
		    fastRemove(index);
		    return true;
		}
        }
	return false;
    }

其基本思想与remove(int)区别不大

publicvoidadd(intindex,Eelement){
 if(index>size||index<0)
 thrownewIndexOutOfBoundsException(
 "Index:"+index+",Size:"+size);

 ensureCapacity(size+1);
 System.arraycopy(elementData,index,elementData,index+1,
 size-index);//移动数组,留出空间给新插入的元素
elementData[index]=element;
size++;
}

 public void add(int index, E element) {
	if (index > size || index < 0)
	    throw new IndexOutOfBoundsException(
		"Index: "+index+", Size: "+size);

	ensureCapacity(size+1);  
	System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
			 size - index);  //移动数组,留出空间给新插入的元素
	elementData[index] = element;
	size++;
    }

上面的add方法用于在指定索引出插入元素,同样需要移动数组,效率低下

二、LinkedList概况：

LinkedList属于一个双向循环的链表，其内部是用一个Entry来维护的

privatetransientEntry<E>header=newEntry<E>(null,null,null);

private transient Entry<E> header = new Entry<E>(null, null, null);

在Entry中就包含链表的三个属性，previous、next、element

privatestaticclassEntry<E>{
Eelement;
Entry<E>next;
Entry<E>previous;

Entry(Eelement,Entry<E>next,Entry<E>previous){
 this.element=element;
 this.next=next;
 this.previous=previous;
}
}

 private static class Entry<E> {
	E element;
	Entry<E> next;
	Entry<E> previous;

	Entry(E element, Entry<E> next, Entry<E> previous) {
	    this.element = element;
	    this.next = next;
	    this.previous = previous;
	}
    }

element:当前节点的值

previous：指向当前节点的前一个节点

next：指向当前节点的后一个节点

二、接下来重点分析一下方法：

由

publicEremoveFirst(){
 returnremove(header.next);
}

 public E removeFirst() {
	return remove(header.next);
    }

引出

privateEremove(Entry<E>e){
 if(e==header)
 thrownewNoSuchElementException();

Eresult=e.element;
e.previous.next=e.next;
e.next.previous=e.previous;
 e.next=e.previous=null;
 e.element=null;
size--;
modCount++;
 returnresult;
}

 private E remove(Entry<E> e) {
	if (e == header)
	    throw new NoSuchElementException();

        E result = e.element;
	e.previous.next = e.next;
	e.next.previous = e.previous;
        e.next = e.previous = null;
        e.element = null;
	size--;
	modCount++;
        return result;
    }

可以看出remove(Entry<E> e)是一个私有方法，所有我们是没法直接去调用此方法的，该方法就是为LinkedList本身服务的，因为LinkedList是由Entry维护，Entry即我们所说的节点，删除它的操作很简单，只要把当前节点的前一个节点的next指向当前节点的下一个节点（e.previous.next = e.next;），然后当前节点的下一个节点的previous指向当前节点的前一个节点（e.next.previous = e.previous;），最后把当前节点的next，previous、element置为null，以便GC回收（e.next = e.previous = null; e.element = null;）删除操作就完成了，我们从中可以看出他的时间复杂度仅为O(1),也就是说删除LinkedList中第一个元素和最后一个元素的时间复杂的仅为O(1),所以他的操作是非常快的。

三、但是如果我们是想删除某个具体的对象时，它又是怎么实现的呢？看源码

publicbooleanremove(Objecto){
 if(o==null){
 for(Entry<E>e=header.next;e!=header;e=e.next){
 if(e.element==null){
remove(e);
 returntrue;
}
}
 }else{
 for(Entry<E>e=header.next;e!=header;e=e.next){
 if(o.equals(e.element)){
remove(e);
 returntrue;
}
}
}
 returnfalse;
}

 public boolean remove(Object o) {
        if (o==null) {
            for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) {
                if (e.element==null) {
                    remove(e);
                    return true;
                }
            }
        } else {
            for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) {
                if (o.equals(e.element)) {
                    remove(e);
                    return true;
                }
            }
        }
        return false;
    }

我们发现这方法的内部又调用了一个前面已经分析过的remove(Entry<E> e）方法， 在这个方法中却多了一个for循环，他要从一个节点开始找，直到找到那个值于传入的参数值相等,我们可以看出他的时间复杂度就不是我们普遍认为的O(1) 了，而变成了O(n),之所以这样是LinkedList作为一个通用性的链表结构，由Entry去维护该数据结构，而不是拿我们直接保存在 LinkedList的值，相当于做了一层包装，所以你要删除某个值，你还得去找到那个对应的Entry对象。

四、再来看看下面这个方法：

publicEremove(intindex){
 returnremove(entry(index));
}

 public E remove(int index) {
        return remove(entry(index));
    }

这是删除某个指定位置元素的方法，跟踪一下entry(index)方法

privateEntry<E>entry(intindex){
 if(index<0||index>=size)
 thrownewIndexOutOfBoundsException("Index:"+index+
 ",Size:"+size);
Entry<E>e=header;
 if(index<(size>>1)){
 for(inti=0;i<=index;i++)
e=e.next;
 }else{
 for(inti=size;i>index;i--)
e=e.previous;
}
 returne;
}

  private Entry<E> entry(int index) {
        if (index < 0 || index >= size)
            throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+
                                                ", Size: "+size);
        Entry<E> e = header;
        if (index < (size >> 1)) {
            for (int i = 0; i <= index; i++)
                e = e.next;
        } else {
            for (int i = size; i > index; i--)
                e = e.previous;
        }
        return e;
    }

我们很惊奇的发现，哇，原来删除某个位置的元素还是这样实现的，为了找到index位置的 Entry元素，它根据index元素与LinkedList大小的一半(size>>1)做了次比较，如果比size/2小,它就由前往后找，如果比size/2大，它就从后往前找，并不是我们所想的一味的又前往后找，这样一来，除去比较所消耗的时间，他的时间复杂度为O(n/2)

五、相对来说添加的操作就没那么复杂了

privateEntry<E>addBefore(Ee,Entry<E>entry){
 Entry<E>newEntry=newEntry<E>(e,entry,entry.previous);
newEntry.previous.next=newEntry;
newEntry.next.previous=newEntry;
size++;
modCount++;
 returnnewEntry;
}

 private Entry<E> addBefore(E e, Entry<E> entry) {
	Entry<E> newEntry = new Entry<E>(e, entry, entry.previous);
	newEntry.previous.next = newEntry;
	newEntry.next.previous = newEntry;
	size++;
	modCount++;
	return newEntry;
    }

这方法的意思是说，把e对应的节点添加到entry的前面，首先构造newEntry对象，即新节点，然后是新节点的前一个节点的next指向当前的新节点，当前新节点的下一个元素的previous也指向新节点.

六、总结：相对于ArrayList来说，普遍认为对数据的修改频繁时最好使用 LinkedList，但是我们发现针对LinkedList要移除某个元素时，发现其效率也并不见得非常的高，因为其中还涉及到一个查询的操作。,所以，在某些特定的领域下特别是对性能很高的情况下，可以自己实现满足要求的LinkedList，而不用jdk提供的通用的 java.util.LinkedList.最后还附上一个很丑的图，以供参考