ArrryList与linkedList的区别以及ArrayList的源码实现原理

「爱情、让人受尽委屈。」 2022-05-30 03:19 145阅读 0赞

**Java中ArrayList和LinkedList区别**

1.ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构，LinkedList基于链表的数据结构。  
2.对于随机访问get和set，ArrayList绝对优于LinkedList，因为LinkedList要移动指针。  
3.对于新增和删除操作add和remove，LinedList比较占优势，因为ArrayList要移动数据。

**ArrayList的底层实现原理**

一、 ArrayList概述：

ArrayList是基于数组实现的，是一个动态数组，其容量能自动增长，类似于C语言中的动态申请内存，动态增长内存。  
ArrayList不是线程安全的，只能用在单线程环境下，多线程环境下可以考虑用Collections.synchronizedList(List l)函数返回一个线程安全的ArrayList类，也可以使用concurrent并发包下的CopyOnWriteArrayList类。  
ArrayList实现了Serializable接口，因此它支持序列化，能够通过序列化传输，实现了RandomAccess接口，支持快速随机访问，实际上就是通过下标序号进行快速访问，实现了Cloneable接口，能被克隆。

每个ArrayList实例都有一个容量，该容量是指用来存储列表元素的数组的大小。它总是至少等于列表的大小。随着向ArrayList中不断添加元素，其容量也自动增长。自动增长会带来数据向新数组的重新拷贝，因此，如果可预知数据量的多少，可在构造ArrayList时指定其容量。在添加大量元素前，应用程序也可以使用ensureCapacity操作来增加ArrayList实例的容量，这可以减少递增式再分配的数量。  
注意，此实现不是同步的。如果多个线程同时访问一个ArrayList实例，而其中至少一个线程从结构上修改了列表，那么它必须保持外部同步。

二、 ArrayList的实现：

对于ArrayList而言，它实现List接口、底层使用数组保存所有元素。其操作基本上是对数组的操作。下面我们来分析ArrayList的源代码：

1.  私有属性：  
    ArrayList定义只定义类两个私有属性：  
    ![这里写图片描述][70]  
    在这里transient的是为了不想序列化改对象数组。当持久化对象时,可能有一个特殊的对象数据成员,.我们不想用serialization机制保存它。为了在一个特定对象的一个域上关闭serialization,可以在这个域前加上关键字transient。
2.  构造方法:  
    ArrayList提供了三种方式的构造器，可以构造一个默认初始容量为10的空列表、构造一个指定初始容量的空列表以及构造一个包含指定collection的元素的列表，这些元素按照该collection的迭代器返回它们的顺序排列的。

public ArrayList(int initialCapacity) {
            if (initialCapacity > 0) {
                this.elementData = new Object[initialCapacity];
            } else if (initialCapacity == 0) {
                this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
            } else {
                throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+                                               initialCapacity);
            }
        }
        ----------------------------------------------------------
        public ArrayList() {
            this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
        }
        ----------------------------------------------------------
        public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
            elementData = c.toArray();
            if ((size = elementData.length) != 0) {
                if (elementData.getClass() != Object[].class)
                    elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
            } else {
                this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
            }
        }

1.  元素存储:

ArrayList提供了set(int index, E element)、add(E e)、add(int index, E element)、
    addAll(Collection<? extends E> c)、addAll(int index, Collection<? extends E> c)
    这些添加元素的方法。下面我们一一讲解：

![这里写图片描述][70 1]  
4) 元素读取:  
只需要传入你想读取元素的下标,就可以了,如果没有此下标就会报空指针异常

// 返回此列表中指定位置上的元素。  
     public E get(int index) {  
        RangeCheck(index);  
        return (E) elementData[index];  
      }

5)元素的删除:  
传入你想删除元素的下标,然后进行删除,没有会报空指针异常,删除成功之后,如果删除的是末尾的元素,没什么问题,但还是当你删除的是其中的某一个元素就会牵扯到数据的移位。具体的实现代码如下:

public E remove(int index) {
            rangeCheck(index);
            modCount++;
            E oldValue = elementData(index);
            int numMoved = size - index - 1;
            if (numMoved > 0)
                System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                                 numMoved);
            elementData[--size] = null; 
            return oldValue;
        }

首先是检查范围，修改modCount，保留将要被移除的元素，将移除位置之后的元素向前挪动一个位置，将list末尾元素置空（null），返回被移除的元素。

**remove(Object o)**  
// 移除此列表中首次出现的指定元素（如果存在）。这是应为ArrayList中允许存放重复的元素。  
public boolean remove(Object o) \{  
// 由于ArrayList中允许存放null，因此下面通过两种情况来分别处理。  
if (o == null) \{  
for (int index = 0; index < size; index++)  
if (elementData\[index\] == null) \{  
// 类似remove(int index)，移除列表中指定位置上的元素。  
fastRemove(index);  
return true;  
\}  
\} else \{  
for (int index = 0; index < size; index++)  
if (o.equals(elementData\[index\])) \{  
fastRemove(index);  
return true;  
\}  
\}  
return false;  
\}  
\}  
首先通过代码可以看到，当移除成功后返回true，否则返回false。remove(Object o)中通过遍历element寻找是否存在传入对象，一旦找到就调用fastRemove移除对象。为什么找到了元素就知道了index，不通过remove(index)来移除元素呢？因为fastRemove跳过了判断边界的处理，因为找到元素就相当于确定了index不会超过边界，而且fastRemove并不返回被移除的元素。下面是fastRemove的代码，基本和remove(index)一致。

private void fastRemove(int index) {  
              modCount++;  
              int numMoved = size - index - 1;  
              if (numMoved > 0)  
                  System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,  
                                   numMoved);  
              elementData[--size] = null; // Let gc do its work  
      }

执行过程是将elementData从toIndex位置开始的元素向前移动到fromIndex，然后将toIndex位置之后的元素全部置空顺便修改size。  
这个方法是protected，及受保护的方法，为什么这个方法被定义为protected呢？  
这是一个解释，但是可能不容易看明白。[http://stackoverflow.com/questions/2289183/why-is-javas-abstractlists-removerange-method-protected][http_stackoverflow.com_questions_2289183_why-is-javas-abstractlists-removerange-method-protected]

先看下面这个例子

ArrayList<Integer> ints = new ArrayList<Integer>(Arrays.asList(0, 1, 2,  
                     3, 4, 5, 6));  
             // fromIndex low endpoint (inclusive) of the subList  
             // toIndex high endpoint (exclusive) of the subList  
            ints.subList(2, 4).clear();  
             System.out.println(ints);  
    输出结果是[0, 1, 4, 5, 6]，结果是不是像调用了removeRange(int fromIndex,int toIndex)！哈哈哈，就是这样的。但是为什么效果相同呢？是不是调用了removeRange(int fromIndex,int toIndex)呢？
    
    6) 调整数组容量ensureCapacity： 
    
       从上面介绍的向ArrayList中存储元素的代码中，我们看到，每当向数组中添加元素时，都要去检查添加后元素的个数是否会超出当前数组的长度，如果超出，数组将会进行扩容，以满足添加数据的需求。数组扩容通过一个公开的方法ensureCapacity(int minCapacity)来实现。在实际添加大量元素前，我也可以使用ensureCapacity来手动增加ArrayList实例的容量，以减少递增式再分配的数量。

public void ensureCapacity(int minCapacity) {  
        modCount++;  
        int oldCapacity = elementData.length;  
        if (minCapacity > oldCapacity) {  
            Object oldData[] = elementData;  
            int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;  //增加50%+1
                if (newCapacity < minCapacity)  
                    newCapacity = minCapacity;  
          // minCapacity is usually close to size, so this is a win:  
          elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);  
        }  
     }

从上述代码中可以看出，数组进行扩容时，会将老数组中的元素重新拷贝一份到新的数组中，每次数组容量的增长大约是其原容量的1.5倍。这种操作的代价是很高的，因此在实际使用时，我们应该尽量避免数组容量的扩张。当我们可预知要保存的元素的多少时，要在构造ArrayList实例时，就指定其容量，以避免数组扩容的发生。或者根据实际需求，通过调用ensureCapacity方法来手动增加ArrayList实例的容量。

Object oldData\[\] = elementData;//为什么要用到oldData\[\]  
乍一看来后面并没有用到关于oldData， 这句话显得多此一举！但是这是一个牵涉到内存管理的类， 所以要了解内部的问题。 而且为什么这一句还在if的内部，这跟elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); 这句是有关系的，下面这句Arrays.copyOf的实现时新创建了newCapacity大小的内存，然后把老的elementData放入。好像也没有用到oldData，有什么问题呢。问题就在于旧的内存的引用是elementData， elementData指向了新的内存块，如果有一个局部变量oldData变量引用旧的内存块的话，在copy的过程中就会比较安全，因为这样证明这块老的内存依然有引用，分配内存的时候就不会被侵占掉，然后copy完成后这个局部变量的生命期也过去了，然后释放才是安全的。不然在copy的的时候万一新的内存或其他线程的分配内存侵占了这块老的内存，而copy还没有结束,这是个问题。

[70]: /images/20220530/9710bc3ada9943d997d2aaa2e2eabce6.png
[70 1]: /images/20220530/0892a49459a04fe8b0d04b7ac1e7e394.png
[http_stackoverflow.com_questions_2289183_why-is-javas-abstractlists-removerange-method-protected]: http://stackoverflow.com/questions/2289183/why-is-javas-abstractlists-removerange-method-protected