Java高级架构师-集合框架使用原理分析

程序员杨过

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原创最新推荐文章于 2026-05-09 05:31:35 发布 230 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

java 集合框架的原理及其使用 Java集合框架系统的介绍java集合框架的应用立即下载

集合是我们日常编程中可能用的很多的技术之一使用频率极高可能平时就会知道怎么去用但是集合之间的关系与不同之处都不是很清楚对它们的底层原理更甚所以写词文章让自己有一个更深的认识

集合是一个庞大的家族今天先来说说这几个 ArrayList、LinkedList、Vector

Java高级架构师-集合框架使用原理分析

ArrayList 由于它的底层是数组数组我们都知道它的查询修改都是效率很高的 ArrayList也是如此但是为什么查询修改效率高插入和删除效率低较低呢这就跟它的数据结构有关系呢接下啦我们来看看ArrayList数据结构模型

插入、删除：如果我们要想集合中插入一个数100 它的操作步骤是先在集合中把要插入的位置的数32复制一份然后再把后面的数往后移我们不仅要复制数据而且还要将数据往后移如果这个集合的数据很多的话那效率就会很低进行删除的话后面的数据复制一份同时数据都要像前面移动效率也很低

查询、修改：修改如果进行查询我们只需要通过数组下标就可以定位到数据所以效率高实际开发中我们大部分是进行查询数据所以ArrayList使用很广泛

任何事物都有两面性不管是生活中还是工作中在编程也是同样适用的（因为编程也是人发明出来的嘛）为了解决ArrayList的这一短板聪明的程序员就使用另一个集合

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ArrayList 增删改查的源码

从源码我们可以看出不管是插入和删除元素的时候 ArrayList都会复制数组操作这也就导致了它的效率不高

 1 //查询元素
 2 public E get(int index) {
 3 //检查元素是否越界
 4 rangeCheck(index);
 5 
 6 return elementData(index);
 7 }
 8 
 9 
10 //按顺序添加元素
11 public boolean add(E e) {
12 //确认开启扩容机制 
13 ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
14 elementData[size++] = e;
15 return true;
16 }
17 
18 //在指定位置插入元素
19 public void add(int index, E element) { 
20 //检查索引是否越界
21 rangeCheckForAdd(index);
22 //确认开启扩容机制
23 ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
24 //复制数组
25 System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
26 size - index);
27 //替换元素
28 elementData[index] = element;
29 size++;
30 }
31 
32 
33 
34 
35 //移除某个元素
36 public E remove(int index) {
37 rangeCheck(index);
38 
39 modCount++;
40 E oldValue = elementData(index);
41 
42 int numMoved = size - index - 1;
43 if (numMoved > 0)
 //复制数组
44 System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
45 numMoved);
46 elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
47 
48 return oldValue;
49 }
50 
51 
52

LinkedList

LinkedList它的底层是双向链表实现的非线程安全的集合，它是一个链表结构，不能像数组一样随机访问，必须是每个元素依次遍历直到找到元素为止。其结构的特殊性导致它查询数据慢。接下来我们来看看它的结构模型

插入、删除：因为是链表结构所以它的插入效率很高 (如果在14 和 18之间插入一个33 的话，链表直接会将连接到18的链子断开然后连接上33所在的前节点数据18的前节点再连接上33的后节点如图2所示) 也就是说插入一个数字我们只需要将(14 和 18 之间的)链表断开再将14和33之间的链表连上即可比ArrayList的数组复制效率高

查询、修改：LinkedList 查询速度慢因为它要遍历整个整个集合直到找到元素为止如果集合数组多的话消耗的资源就多而ArrayList是通过数组下标定位速度快同样他也是线程不安全的

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linkedList

在执行查询时先判断元素是靠近头部还是尾部如果是头部若靠近头部，则从头部开始依次查询判断

执行插入时判断是插入到中间还是尾部如果插入到尾部直接将尾节点的下一个指针指向新增节点。如果插入到中间获取到当前节点的上一个节点（D）并将D节点的后指针指向新的节点头指针然后新增节点的下一个指针指向当前节点。

 1 //查询元素 
 2 public E get(int index) {
 3 //检查所引是否越界
 4 checkElementIndex(index);
 5 return node(index).item;
 6 }
 7 
 8 // 返回指定索引处的节点
 9 Node<E> node(int index) {
10 // 指定的索引值与链表大小右移一位，及除以 2 进行比较
11 if (index < (size >> 1)) { // 索引小，则从首节点向后扫描，直到索引值处
12 Node<E> x = first;
13 for (int i = 0; i < index; i++)
14 x = x.next;
15 return x;
16 } else { // 索引大，则从尾节点向前扫描，直到索引值处
17 Node<E> x = last;
18 for (int i = size - 1; i > index; i--)
19 x = x.prev;
20 return x;
21 }
22 }
23 
24 
25 //移除指定元素
26 public E remove(int index) {
27 checkElementIndex(index);
28 return unlink(node(index));
29 }
30 
31 //在指定位置添加元素
32 public void add(int index, E element) {
33 //检查所引是否越界 
34 checkPositionIndex(index);
35 // 在链表末尾天添加
36 if (index == size)
37 linkLast(element);
38 else
39 linkBefore(element, node(index));
40 }
41 
42 private static class Node<E> {
43 E item;
44 //头节点
45 Node<E> next;
46 //尾节点
47 Node<E> prev;
48 Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
49 this.item = element;
50 this.next = next;
51 this.prev = prev;
52 }
53 }
54 
55 /**
56 * Links e as last element.
57 */
58 void linkLast(E e) {
59 //用l来临时保存未插入前的last节点
60 final Node<E> l = last;
61 //创建一个值为e的新节点 添加第一个元素时 l = null
62 final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
63 //将新节点赋值的last
64 last = newNode;
65 if (l == null)
66 first = newNode;
67 else
68 l.next = newNode;
69 size++;
70 modCount++;
71 }

Vector

Vector的数据结构和使用方法跟ArrayList相同不同之处在于Vector是线程安全的几乎所有的对数据操作的方法都被synchronized关键字修饰 synchronized是线程同步的当一个线程获得Vector对象锁的时候其它的线程必须等到它执行完毕之后（锁被释放）才能执行

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总结

1.ArrayList 它的底层是一个数组查询修改数据快(通过下标定位) 但是插入删除数据比较慢 (插入数据慢是因为复制数组耗时) 为了改进这个缺点于是就有了LinkedList数组它是一个链表结构插入和删除数据很快（只需要修改指针引用）但是查询和修改数效率低（他要查询到整个链表从第一个开始寻找一直找到为止）

2.ArrayList 和LinkedList都是线程不安全的

3.Vector是线程安全的但是效率低当我们执行单个线程的时候ArrayList的效率高于Vector

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