java 集合ArrayList及LinkList源码分析

 

 

首先是ArrayList的继承体系,代码如下:

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<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:

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
   }

 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:

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
   }

 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:

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
}
   }

 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

 

 

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
   }

 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

 

 

public boolean contains(Object o) {
return indexOf(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

 

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
    }

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

 

 

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
   }

 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:

 

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;
    }

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

 

 

 

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++;
   }

 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

private transient Entry<E> header = new Entry<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

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;
}
   }

 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

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

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

 引出

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;
   }

 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

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;
   }

 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：

public E remove(int index) {
       return remove(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

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;
  }

  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

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;
   }

 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