java技术工程师必会丨List集合源码分析

ArrayList集合

1.数据结构特点

ArrayList底层数据结构是一个数组,查询元素速度快,增删速度稍慢

2.几个概念:

    (1)DEFAULT_CAPACITY:    表示数组的初始大小,默认10

    (2)size: 表示当前数组的大小

    (3)modCount: 统计当前数组元素被修改的次数,只要修改,就+1

3.空参构造方法初始化

public ArrayList() {

        //实际大小为{},长度为0的数组

            this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;

    }

说明: ArrayList无参构造方法初始化时,默认大小是空数组,并不是大家常说的10,10是在第一次add的时候扩容的数组容量值.

4.第一次添加元素扩容原理

java

public boolean add(E e) {

        //确保数组大小是否足够,不够执行扩容,size为当前数组的大小

        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!

        //直接把元素e保存到数组中

        elementData[size++] = e;

        return true;

    }

java

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {

    ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));

}

private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {

    //如果是空数组{}

    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {

        //在最小容量minCapacity和DEFAULT_CAPACITY(10)选择一个较大的值

        return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);

    }

    return minCapacity;

}

 

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {

    //记录修改次数

    modCount++;

    //如果我们期望的最小容量>数组目前的长度就扩容

    if (minCapacity - elementData.length > 0)

        grow(minCapacity);

}

private void grow(int minCapacity) {

    // overflow-conscious code

    int oldCapacity = elementData.length;

    //oldCapacity >> 1: 是把oldCapacity/2的意思

    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);

    //如果扩容后的值<我们期望的值,扩容后的值等于我们期望的值

    if (newCapacity - minCapacity < 0)

        newCapacity = minCapacity;

    //如果扩容后的值>jvm所能分配的数组的最大值,那么就用Integer的最大值

    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)

        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);

    //通过复制数组扩容

    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);

}

注意:

    1.扩容的规则并不是翻倍,是原来容量大小的1.5倍

    2.ArrayList中数组的最大长度是Integer.MAX_VALUE,超过这个值,JVM就不会给数组分配内存空间了

    3.新增元素时,并没有对值进行严格的校验,所以ArrayList是允许null值的

LinkeList集合

1.数据结构特点:

LinkedList底层数据结构是一个双向链表,链表中的每个节点都可以查找前一个节点或者向后查找后一个节点

2.几个概念:

(1)链表每个节点叫做Node,Node有prev属性,代表前一个节点的地址,next属性代表后一个节点的地址

(2)first是双向链表的头节点,它的前一个节点是null

(3)last是双向链表的尾节点,它的后一个节点是null

(4)链表中如果没有数据,first和last都null

(5)因为是双向链表,只要内存空间足够大,链表的大小是没有限制的

3.链表中的元素(节点)叫做Node,是LinkedList集合的私有静态内部类,代码如下:

java

private static class Node<E> {

        E item;//节点数据

        Node<E> next;//下一个节点的地址

        Node<E> prev;//前一个节点的地址

        //初始化参数顺序是: 前一个节点地址,节点本身的数据,后一个节点地址

        Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {

            this.item = element;

            this.next = next;

            this.prev = prev;

        }

    }

4.add添加节点(从链表尾部添加)

java

public boolean add(E e) {

    linkLast(e);

    return true;//链表节点数据可以重复,所以add方法始终返回true

}

java

//从尾部添加节点

void linkLast(E e) {

    //把尾节点地址存储在l中

    final Node<E> l = last;

    //创建新的节点,参数含义如下

    //l是新节点的前一个节点的地址,当前值是尾节点地址值

    //e是当前新增节点中保存的数据,当前新增节点的下一个节点是null,因为是在末尾添加

    final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);

    //last指向新增节点(新增节点作为尾节点)

    last = newNode;

    //如果链表为空(第一次添加节点)(l是尾节点,尾节点为空,链表即空),头部和尾部都是指向同一个节点,都是新建的节点

    if (l == null)

        first = newNode;

    else

        //链表不是空(非第一次添加节点),把添加新节点之前的尾节点的下一个节点指向新添加的节点

        l.next = newNode;

    //节点数+1

    size++;

    //链表的实际修改次数+1

    modCount++;

}

5.get(int index)查询节点

java

    public E get(int index) {

        checkElementIndex(index);//检查索引值是否越界

        return node(index).item;

    }

    private void checkElementIndex(int index) {

        if (!isElementIndex(index))

            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));

    }

    private boolean isElementIndex(int index) {

        return index >= 0 && index < size;

    }

    核心根据索引获取节点数据的方法

    链表查询某个节点是比较慢的,需要挨个查找才可以

java

根据链表索引位置查询元素

Node<E> node(int index) {

    //如果index处于链表的前半部分,从头开始查,size>>1 是 size/2的意思

    if (index < (size >> 1)) {

       

        Node<E> x = first;

        //知道for循环到index的前一个node停止

        for (int i = 0; i < index; i++)            

            x = x.next;

        return x;

    } else {

        //如果index处于链表的后半部分,从尾开始查

        Node<E> x = last;

        //知道for循环到index的后一个node停止

        for (int i = size - 1; i > index; i--)

            x = x.prev;

        return x;

    }

}

从源码中发现,LinkedList并没有采用从头循环到尾的做法,而是采取了简单二分查找法,

首先看index是在链表的左半部分还是右半部分.如果是在左半部分,就从左侧开始找,

如果实在链表的有伴部分,就从右侧开始找.这种方式,循环的次数至少降低了一半,提高查询性能.