【Java】JDK借助RandomAccess接口 ，定制ArrayList与LinkedList的二分查找策略

Collections工具类二分查找

• ArrayList 类签名

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

• LinkedList 类签名

public class LinkedList<E>
    extends AbstractSequentialList<E>
    implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable

• Collections 对 RandomAccess 进行继续下标的二分查找

    if (list instanceof RandomAccess || list.size()<BINARYSEARCH_THRESHOLD)
        return Collections.indexedBinarySearch(list, key);
    else
        return Collections.iteratorBinarySearch(list, key);

RandomAccess 接口

空接口

ArrayList 二分查找

内在原因：
ArrayList.get(index) 时间复杂度：O(1)
LinkedList.get(index) 时间复杂度：O(n) 。后文将二分查找时如何优化这个O(n)的复杂度

演示：
ArrayList寻找value:16的元素

1. 根据数组长度 mid 确认为 4，get(4) == 11 < 16
2. 根据二分算法mid 确认为 6，get(6) == 16

value	1	5	7	8	11	15	16	28	39
index	0	1	2	3	4	5	6	7	8

相关代码：

private static <T> int indexedBinarySearch(List<? extends Comparable<? super T>> list, T key) {
        int low = 0;
        int high = list.size()-1;

        while (low <= high) {
            int mid = (low + high) >>> 1;
            Comparable<? super T> midVal = list.get(mid);
            int cmp = midVal.compareTo(key);

            if (cmp < 0)
                low = mid + 1;
            else if (cmp > 0)
                high = mid - 1;
            else
                return mid; // key found
        }
        return -(low + 1);  // key not found
    }

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LinkedList 二分查找

value	1	5	7	8	11	15	16	28	39
迭代器缓存的下标	0	1	2	3	4	5	6	7	8

LinkedList get操作的效率问题

链表获取指定下标的元素，需要从从头遍历

ListIterator 解决问题

LinkedList 的get方法的效率较低，所以Collections 在二分查找的场景使用了 ListIterator 。
ListIterator 可以向前遍历，也可以向后遍历

    private static <T> T get(ListIterator<? extends T> i, int index) {
        T obj = null;  // 待返回的value
        int pos = i.nextIndex(); // 向后移动游标获取当前位置
        if (pos <= index) { // 当前位置小于index
            do {
                obj = i.next(); 
            } while (pos++ < index); // 一直向后找，直到到达index的位置，返回index对应的value
        } else {
            do {
                obj = i.previous(); // 反之向前找
            } while (--pos > index);
        }
        return obj;
    }

结论

RandomAccess 接口只参与标记作用，目的是让ArrayList发挥其底层数据结构数组的O(1)查找能力
根据上文，说明了以下代码是个很低效的代码

		LinkedList linkedList = new LinkedList();
		for(int i = 0; i < linkedList.size(); i++) {
			System.out.println(linkedList.get(i);
		}

写成高效的，就是foreach循环的本质。

        LinkedList linkedList = new LinkedList();
        ListIterator listIterator = linkedList.listIterator(); // 只往后遍历可以写成iterator() 
        while (listIterator.hasNext()) { 
            listIterator.next();
        }