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
