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本文講解Java中的List數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及其常見方法的源碼
什么是ArrayList
什么是LinkedList
什么是Vector
List
鏈表惋嚎，是最常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之一腻脏，具有有序、可重復(fù)的特點。
ArrayList
ArrayList底層結(jié)構(gòu)使用的是Object數(shù)組
transient Object[] elementData;
數(shù)組的特點就是一塊連續(xù)的內(nèi)存空間，用index訪問元素泼舱，適合隨機訪問，復(fù)雜度O(1)枷莉，但是對數(shù)組中間的元素進行插入和刪除時比較困難娇昙，需要對數(shù)組進行大量copy操作。
ArrayList常見的方法
- add
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
- remove
public E remove(int index) {
rangeCheck(index); // 檢查index是否越界
modCount++;
E oldValue = elementData(index);
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved); // 數(shù)組拷貝
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
return oldValue;
}
- grow
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // 擴容為原來的1.5倍
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity; // 新容量小于最小需要的容量笤妙，新容量直接等于最小需要的容量
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); // 大于數(shù)組的最大容量冒掌，拋出oom或等于最大數(shù)組容量
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
一般初始容量為0，第一次分配容量為10個蹲盘，后續(xù)擴容為newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);,即原大小的1.5倍
LinkedList
LinkedList底層結(jié)構(gòu)是通過構(gòu)造Node節(jié)點股毫，且節(jié)點之間通過指針的方式連接起來形成鏈表的
private static class Node<E> {
E item; // 鏈表節(jié)點存儲的數(shù)據(jù)
Node<E> next; // 指向下一個節(jié)點
Node<E> prev; // 指向前一個節(jié)點
Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}
鏈表的特點
- 適合頻繁的插入和刪除操作，只需要改變節(jié)點的指針即可
- 查詢復(fù)雜度隨著集合大小增加而提升召衔，查詢鏈表某個元素時铃诬，需要遍歷操作
LinkedList常見的方法
- add
public boolean add(E e) {
linkLast(e); // 連接到尾部
return true;
}
void linkLast(E e) {
final Node<E> l = last; // 拿到當(dāng)前最新的節(jié)點
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null); // 構(gòu)造新node節(jié)點
last = newNode; // 更新當(dāng)前最新的節(jié)點
if (l == null)
first = newNode; // 沒有最新節(jié)點，第一個節(jié)點記為當(dāng)前最新節(jié)點
else
l.next = newNode; // 存在最新節(jié)點薄嫡，最新節(jié)點的下個節(jié)點就是當(dāng)前要增加的節(jié)點
size++;
modCount++; // 修改計數(shù)
}
- remove
public E remove(int index) {
checkElementIndex(index);
return unlink(node(index)); // 拿到index對應(yīng)的節(jié)點氧急，然后釋放節(jié)點
}
E unlink(Node<E> x) {
// assert x != null;
final E element = x.item;
final Node<E> next = x.next;
final Node<E> prev = x.prev;
// 釋放節(jié)點
if (prev == null) {
first = next;
} else {
prev.next = next;
x.prev = null;
}
if (next == null) {
last = prev;
} else {
next.prev = prev;
x.next = null;
}
x.item = null;
size--;
modCount++;
return element;
}
- get(index)；采用對半查找
public E get(int index) {
checkElementIndex(index);
return node(index).item;
}
Node<E> node(int index) {
// assert isElementIndex(index);
// 以size/2為中點毫深，判斷index做小于中點還是大于中點
if (index < (size >> 1)) { // index小于size/2，那么從頭開始遍歷
Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else { // index大于size/2毒姨，那么從尾部開始遍歷
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}
Vector
Vector底層結(jié)構(gòu)使用的是Object數(shù)組
protected Object[] elementData;
Vector與ArrayList比較相似哑蔫，Vector是比較老的一個集合，是線程安全的弧呐，實現(xiàn)線程安全的方式比較簡單闸迷，通過在對數(shù)組進行修改的方法上加上synchronized，常見的有addElement俘枫、removeElement等
Vector常見方法
- addElement
public synchronized void addElement(E obj) { // 方法使用了同步鎖
modCount++;
ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
elementData[elementCount++] = obj;
}
- removeElement
public synchronized boolean removeElement(Object obj) {
modCount++;
int i = indexOf(obj);
if (i >= 0) {
removeElementAt(i);
return true;
}
return false;
}
CopyOnWriteArrayList
CopyOnWriteArrayList底層使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是Object數(shù)組
/** The array, accessed only via getArray/setArray. */
private transient volatile Object[] array;
CopyOnWriteArrayList是一個線程安全的List集合腥沽，使用到的技術(shù)是CopyOnWrite，簡稱COW鸠蚪。
CopyOnWrite
什么是CopyOnWrite今阳？中文翻譯為寫入時復(fù)制，就是在對數(shù)據(jù)寫入或修改時茅信，拷貝一份與原來一樣的數(shù)據(jù)盾舌，在拷貝的數(shù)據(jù)上進行寫入或修改，這樣原來數(shù)據(jù)依舊可以讀訪問蘸鲸，當(dāng)拷貝的數(shù)據(jù)寫入或修改完成后妖谴，將拷貝的數(shù)據(jù)替換原來的數(shù)據(jù)，后續(xù)的讀訪問就可以讀到最新的數(shù)據(jù)了酌摇。
接下來膝舅，看CopyOnWriteArrayList是怎么實現(xiàn)的嗡载，如下圖，它通過使用Java中的ReentrantLock和volatile保證讀寫分離仍稀，從而在并發(fā)讀寫時實現(xiàn)線程安全洼滚，適合讀多寫少的場景。
CopyOnWriteArrayList常見方法
- add
public boolean add(E e) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock(); // 寫數(shù)據(jù)琳轿，同步鎖lock判沟，控制并發(fā)
try {
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1); // 拷貝新數(shù)組
newElements[len] = e; // 賦值
setArray(newElements); // 替換原來數(shù)組
return true;
} finally {
lock.unlock(); // 釋放同步鎖
}
}
- remove
public E remove(int index) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock(); // 寫數(shù)據(jù)，同步鎖lock崭篡，控制并發(fā)
try {
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
E oldValue = get(elements, index);
int numMoved = len - index - 1;
if (numMoved == 0)
setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));
else { // 除了index的數(shù)據(jù)挪哄，其他拷貝到到新數(shù)組，
Object[] newElements = new Object[len - 1];
System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index,
numMoved);
setArray(newElements); // 替換原來數(shù)組
}
return oldValue;
} finally {
lock.unlock(); // 釋放同步鎖
}
}
常見List集合的區(qū)別
| 集合 | 底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) | 初始容量 | 擴容 | 安全策略 | 線程安全 |
|---|---|---|---|---|---|
| ArrayList | Object[] | 10 | 1.5倍 | fail-fast | 否 |
| LinkedList | Node | 0 | - | fail-fast | 否 |
| Vector | Object[] | 0 | 2倍 | fail-fast | 是 |
| CopyOnWriteArrayList | volatile Object[] | 0 | - | fail-safe | 是 |
常見非線程安全集合使用ArrayList或LinkedList琉闪，線程安全優(yōu)先考慮CopyOnWriteArrayList迹炼。
結(jié)尾
本文收錄至我的《面試高頻題及答案匯總》系列。
你努力走過的路颠毙，每一步都算數(shù)斯入。
