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