标签：对象 size 参考 info 性能 后继节点 空间 object etl
注：示例基于JDK1.8版本
参考资料：Java知音公众号
本文超长，也是搬运的干货，希望小伙伴耐心看完。
Collection集合体系
List、Set、Map是集合体系的三个接口。
其中List和Set继承了Collection接口。
List有序且元素可以重复，默认大小为10；ArrayList、LinkedList和Vector是三个主要的实现类。
Set元素不可以重复，HashSet和TreeSet是两个主要的实现类。
Map也属于集合系统，但和Collection接口不同。Map是key-value键值对形式的集合，key值不能重复，value可以重复；HashMap、TreeMap和Hashtable是三个主要的实现类。
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一、ArrayList
ArrayList基层是以数组实现的，可以存储任何类型的数据，但数据容量有限制，超出限制时会扩增50%容量，查找元素效率高。
ArrayList是一个简单的数据结构，因超出容量会自动扩容，可认为它是常说的动态数组。
源码分析
A、属性分析
/** * 默认初始化容量 */ private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; /** * 如果自定义容量为0，则会默认用它来初始化ArrayList。或者用于空数组替换。 */ private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {}; /** * 如果没有自定义容量，则会使用它来初始化ArrayList。或者用于空数组比对。 */ private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}; /** * 这就是ArrayList底层用到的数组 * 非私有，以简化嵌套类访问 * transient 在已经实现序列化的类中，不允许某变量序列化 */ transient Object[] elementData; /** * 实际ArrayList集合大小 */ private int size; /** * 可分配的最大容量 */ private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
B、构造方法分析
1、不带参数初始化，默认容量为10
/** * Constructs an empty list with an initial capacity of ten. */ public ArrayList() { this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA; }
2、根据initialCapacity初始化一个空数组，如果值为0，则初始化一个空数组
/** * 根据initialCapacity 初始化一个空数组 */ 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); } }
3、通过集合做参数的形式初始化，如果集合为空，则初始化为空数组
/** * 通过集合做参数的形式初始化 */ public ArrayList(Collection<? extends E> c) { elementData = c.toArray(); if ((size = elementData.length) != 0) { // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652) if (elementData.getClass() != Object[].class) elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class); } else { // replace with empty array. this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; } }
C、主要方法
1、trimToSize()方法：
用来最小实例化存储，将容器大小调整为当前元素所占用的容量大小。
/** * 这个方法用来最小化实例存储。 */ public void trimToSize() { modCount++; if (size < elementData.length) { elementData = (size == 0) ? EMPTY_ELEMENTDATA : Arrays.copyOf(elementData, size); } }
判断size的值，若为0，则将elementData置为空集合，若大于0，则将一份数组容量大小的集合复制给elementData。
2、clone()方法
克隆一个新数组。
public Object clone() { try { ArrayList<?> v = (ArrayList<?>) super.clone(); v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size); v.modCount = 0; return v; } catch (CloneNotSupportedException e) { // this shouldn‘t happen, since we are Cloneable throw new InternalError(e); } }
通过调用Object的clone()方法来得到一个新的ArrayList对象，然后将elementData复制给该对象并返回。
3、add(E e)
在ArrayList末尾添加元素。
public boolean add(E e) { ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! elementData[size++] = e; return true; }
该方法首先调用了ensureCapacityInternal()方法，注意参数是size+1(数组已有参数个数+1个新参数)，先来看看ensureCapacityInternal的源码：
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); } ensureExplicitCapacity(minCapacity); }
方法说明：计算容量+确保容量（上上代码）
计算容量：若elementData为空，则minCapacity值为默认容量和size+1（minCapacity）的最大值；若elementData不为空，minCapacity（size+1）不用进行操作
确保容量：如果size+1 > elementData.length证明数组已经放满，则增加容量，调用grow()。
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) { modCount++;//计算修改次数 // overflow-conscious code if (minCapacity - elementData.length > 0) grow(minCapacity); } private void grow(int minCapacity) { // overflow-conscious code int oldCapacity = elementData.length; // 扩展为原来的1.5倍 int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // 如果扩为1.5倍还不满足需求，直接扩为需求值 if (newCapacity - minCapacity < 0) newCapacity = minCapacity; if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); // minCapacity is usually close to size, so this is a win: elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); }
增加容量grow()：默认1.5倍扩容。
获取当前数组长度=>oldCapacity
oldCapacity>>1 表示将oldCapacity右移一位(位运算)，相当于除2。再加上1，相当于新容量扩容1.5倍。
如果newCapacity<mincapacity`，则`newcapacity mincapacity="size+1=2" elementdata="1" newcapacity="1+1""">>1=1,1<2所以如果不处理该情况，扩容将不能正确完成。
如果新容量比最大值还要大，则将新容量赋值为VM要求最大值。
将elementData拷贝到一个新的容量中。
也就是说，当增加数据的时候，如果ArrayList的大小已经不满足需求时，那么就将数组变为原长度的1.5倍，之后的操作就是把老的数组拷到新的数组里面。
例如，默认的数组大小是10，也就是说当我们add10个元素之后，再进行一次add时，就会发生自动扩容，数组长度由10变为了15具体情况如下所示：
4、add(int index, E element)方法
public void add(int index, E element) { rangeCheckForAdd(index); ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index); elementData[index] = element; size++; }
rangeCheckForAdd()是越界异常检测方法。
private void rangeCheckForAdd(int index) { if (index > size || index < 0) throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index)); }
System.arraycopy方法：
public static void arraycopy(Object src, int srcPos, Object dest, int destPos, int length)
Object src : 原数组
int srcPos : 从元数据的起始位置开始
Object dest : 目标数组
int destPos : 目标数组的开始起始位置
int length : 要copy的数组的长度
5、set(int index, E element)方法：
用指定元素替换此列表中指定位置的元素。
public E set(int index, E element) { rangeCheck(index); E oldValue = elementData(index); elementData[index] = element; return oldValue; } E elementData(int index) { return (E) elementData[index]; }
6、indexOf(Object o)：
返回数组中第一个与参数相等的值的索引，允许null。
public int indexOf(Object o) { if (o == null) { for (int i = 0; i < size; i++) if (elementData[i]==null) return i; } else { for (int i = 0; i < size; i++) if (o.equals(elementData[i])) return i; } return -1; }
7、get(int index)方法：
返回指定下标处的元素的值。
public E get(int index) { rangeCheck(index); return elementData(index); }
rangeCheck(index)会检测index值是否合法，如果合法则返回索引对应的值。
8、remove(int index)：
删除指定下标的元素。
public E remove(int index) { // 检测index是否合法 rangeCheck(index); // 数据结构修改次数 modCount++; E oldValue = elementData(index); // 记住这个算法 int numMoved = size - index - 1; if (numMoved > 0) System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work return oldValue; }
ArrayList优缺点
优点：
1、因为其底层是数组，所以修改和查询效率高。
2、自动扩容（1.5倍）。
缺点：
1、插入和删除效率不高。（文末对比LinkedList）
2、线程不安全。
二、LinkedList
LinkList以双向链表实现，链表无容量限制，但双向链表本身使用了更多空间，每插入一个元素都要构造一个额外的Node对象，也需要额外的链表指针操作。允许元素为null，线程不安全。
源码分析
1、变量
/** * 集合元素数量 **/ transient int size = 0; /** * 指向第一个节点的指针 * Invariant: (first == null && last == null) || * (first.prev == null && first.item != null) */ transient Node<E> first; /** * 指向最后一个节点的指针 * Invariant: (first == null && last == null) || * (last.next == null && last.item != null) */ transient Node<E> last;
2、构造方法
/** * 无参构造方法 */ public LinkedList() { } /** * 将集合c所有元素插入链表中 */ public LinkedList(Collection<? extends E> c) { this(); addAll(c); }
3、Node节点
private static class Node<E> { // 值 E item; // 后继 Node<E> next; // 前驱 Node<E> prev; Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) { this.item = element; this.next = next; this.prev = prev; } }
Node既有prev也有next,所以证明它是一个双向链表。
4、添加元素
a、addAll(Collection c)方法
将集合c添加到链表，如果不传index，则默认是添加到尾部。如果调用addAll(int index, Collection<? extends E> c)方法，则添加到index后面。
/** * 将集合添加到链尾 */ public boolean addAll(Collection<? extends E> c) { return addAll(size, c); } /** * */ public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) { checkPositionIndex(index); // 拿到目标集合数组 Object[] a = c.toArray(); //新增元素的数量 int numNew = a.length; //如果新增元素数量为0，则不增加，并返回false if (numNew == 0) return false; //定义index节点的前置节点，后置节点 Node<E> pred, succ; // 判断是否是链表尾部，如果是：在链表尾部追加数据 //尾部的后置节点一定是null，前置节点是队尾 if (index == size) { succ = null; pred = last; } else { // 如果不在链表末端(而在中间部位) // 取出index节点，并作为后继节点 succ = node(index); // index节点的前节点 作为前驱节点 pred = succ.prev; } // 链表批量增加，是靠for循环遍历原数组，依次执行插入节点操作 for (Object o : a) { @SuppressWarnings("unchecked") // 类型转换 E e = (E) o; // 前置节点为pred，后置节点为null，当前节点值为e的节点newNode Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null); // 如果前置节点为空， 则newNode为头节点，否则为pred的next节点 if (pred == null) first = newNode; else pred.next = newNode; pred = newNode; } // 循环结束后，如果后置节点是null，说明此时是在队尾追加的 if (succ == null) { // 设置尾节点 last = pred; } else { //否则是在队中插入的节点 ，更新前置节点 后置节点 pred.next = succ; succ.prev = pred; } // 修改数量size size += numNew; //修改modCount modCount++; return true; } /** * 取出index节点 */ Node<E> node(int index) { // assert isElementIndex(index); // 如果index 小于 size/2,则从头部开始找 if (index < (size >> 1)) { // 把头节点赋值给x Node<E> x = first; for (int i = 0; i < index; i++) // x=x的下一个节点 x = x.next; return x; } else { // 如果index 大与等于 size/2，则从后面开始找 Node<E> x = last; for (int i = size - 1; i > index; i--) x = x.prev; return x; } } // 检测index位置是否合法 private void checkPositionIndex(int index) { if (!isPositionIndex(index)) throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index)); } // 检测index位置是否合法 private boolean isPositionIndex(int index) { return index >= 0 && index <= size; }
假设我们要在index=2处添加{1,2}到链表中，图解如下：
第一步：拿到index=2的前驱节点 prev=ele1
第二步：遍历集合prev.next=newNode，并实时更新prev节点以便下一次遍历:prev=newNode
第三步：将index=2的节点ele2接上:prev.next=ele2,ele2.prev=prev
注意node(index)方法：方法:寻找处于index的节点，有一个小优化，结点在前半段则从头开始遍历，在后半段则从尾开始遍历，这样就保证了只需要遍历最多一半结点就可以找到指定索引的结点。
b、addFirst(E e)方法
将e元素添加到链表并设置其为头节点(first)。
public void addFirst(E e) { linkFirst(e); } //将e链接成列表的第一个元素 private void linkFirst(E e) { final Node<E> f = first; // 前驱为空，值为e，后继为f final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f); first = newNode; //若f为空，则表明列表中还没有元素，last也应该指向newNode if (f == null) last = newNode; else //否则，前first的前驱指向newNode f.prev = newNode; size++; modCount++; }
拿到first节点命名为f
新创建一个节点newNode设置其next节点为f节点
将newNode赋值给first
若f为空，则表明列表中还没有元素，last也应该指向newNode；否则，前first的前驱指向newNode。
图解如下：
c、addLast(E e)方法
将e元素添加到链表并设置其为尾节点(last)。
public void addLast(E e) { linkLast(e); } /** * 将e链接成列表的last元素 */ void linkLast(E e) { final Node<E> l = last; // 前驱为前last，值为e，后继为null final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null); last = newNode; //最后一个节点为空，说明列表中无元素 if (l == null) //first同样指向此节点 first = newNode; else //否则，前last的后继指向当前节点 l.next = newNode; size++; modCount++; }
过程与linkFirst()方法类似，这里略过。
d、add(E e)方法
在尾部追加元素e。
public boolean add(E e) { linkLast(e); return true; } void linkLast(E e) { final Node<E> l = last; // 前驱为前last，值为e，后继为null final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null); last = newNode; //最后一个节点为空，说明列表中无元素 if (l == null) //first同样指向此节点 first = newNode; else //否则，前last的后继指向当前节点 l.next = newNode; size++; modCount++; }
e、add(int index, E element)方法
在链表的index处添加元素element.
public void add(int index, E element) { checkPositionIndex(index); if (index == size) linkLast(element); else linkBefore(element, node(index)); } /** * 在succ节点前增加元素e(succ不能为空) */ void linkBefore(E e, Node<E> succ) { // assert succ != null; // 拿到succ的前驱 final Node<E> pred = succ.prev; // 新new节点：前驱为pred，值为e，后继为succ final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ); // 将succ的前驱指向当前节点 succ.prev = newNode; // pred为空，说明此时succ为首节点 if (pred == null) // 指向当前节点 first = newNode; else // 否则，将succ之前的前驱的后继指向当前节点 pred.next = newNode; size++; modCount++; }
5、获取/查询元素
a、get(int index)
根据索引获取链表中的元素。
public E get(int index) { checkElementIndex(index); return node(index).item; } // 检测index合法性 private void checkElementIndex(int index) { if (!isElementIndex(index)) throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index)); } // 根据index 获取元素 Node<E> node(int index) { // assert isElementIndex(index); if (index < (size >> 1)) { Node<E> x = first; for (int i = 0; i < index; i++) x = x.next; return x; } else { Node<E> x = last; for (int i = size - 1; i > index; i--) x = x.prev; return x; } }
b、getFirst()方法
获取头节点。
public E getFirst() { final Node<E> f = first; if (f == null) throw new NoSuchElementException(); return f.item; }
c、getLast()方法
获取尾节点。
public E getLast() { final Node<E> l = last; if (l == null) throw new NoSuchElementException(); return l.item; }
6、删除元素
a、remove(Object o)
根据Object对象删除元素。
public boolean remove(Object o) { // 如果o是空 if (o == null) { // 遍历链表查找 item==null 并执行unlink(x)方法删除 for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) { if (x.item == null) { unlink(x); return true; } } } else { for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) { if (o.equals(x.item)) { unlink(x); return true; } } } return false; } E unlink(Node<E> x) { // assert x != null; // 保存x的元素值 final E element = x.item; //保存x的后继 final Node<E> next = x.next; //保存x的前驱 final Node<E> prev = x.prev; //如果前驱为null，说明x为首节点，first指向x的后继 if (prev == null) { first = next; } else { //x的前驱的后继指向x的后继，即略过了x prev.next = next; // x.prev已无用处，置空引用 x.prev = null; } // 后继为null，说明x为尾节点 if (next == null) { // last指向x的前驱 last = prev; } else { // x的后继的前驱指向x的前驱，即略过了x next.prev = prev; // x.next已无用处，置空引用 x.next = null; } // 引用置空 x.item = null; size--; modCount++; // 返回所删除的节点的元素值 return element; }
遍历链表查找 item==null 并执行unlink(x)方法删除
如果前驱为null，说明x为首节点，first指向x的后继,x的前驱的后继指向x的后继，即略过了x.
如果后继为null，说明x为尾节点，last指向x的前驱；否则x的后继的前驱指向x的前驱，即略过了x，置空x.next
引用置空：x.item = null
图解：
b、remove(int index)方法
根据链表的索引删除元素。
public E remove(int index) { checkElementIndex(index); //node(index)会返回index对应的元素 return unlink(node(index)); }
c、removeLast()方法
删除尾节点。
public E removeLast() { final Node<E> l = last; if (l == null) throw new NoSuchElementException(); return unlinkLast(l); } private E unlinkLast(Node<E> l) { // assert l == last && l != null; // 取出尾节点中的元素 final E element = l.item; // 取出尾节点中的后继 final Node<E> prev = l.prev; l.item = null; l.prev = null; // help GC // last指向前last的前驱，也就是列表中的倒数2号位 last = prev; // 如果此时倒数2号位为空，那么列表中已无节点 if (prev == null) // first指向null first = null; else // 尾节点无后继 prev.next = null; size--; modCount++; // 返回尾节点保存的元素值 return element; }
7、修改元素
修改元素比较简单，先找到index对应节点，然后对值进行修改。
public E set(int index, E element) { checkElementIndex(index); // 获取到需要修改元素的节点 Node<E> x = node(index); // 保存之前的值 E oldVal = x.item; // 执行修改 x.item = element; // 返回旧值 return oldVal; }
LinkedList优点：不需要扩容和预留空间,空间效率高。
三、ArrayList与LinkedList插入和查找消耗时间测试对比
参考链接：https://blog.csdn.net/dearKundy/article/details/84663512
在ArrayList和LinkedList的头部、尾部和中间三个位置插入与查找100000个元素所消耗的时间来进行对比测试，下面是测试结果：(时间单位ms)
| 插入 | 查找 | |
| ArrayList尾部 | 26 | 12 |
| ArrayList头部 | 859 | 7 |
| ArrayList中间 | 1848 | 13 |
| LinkedList尾部 | 28 | 9 |
| LinkedList头部 | 15 | 11 |
| LinkedList中间 | 15981 | 34928 |
测试结论：
ArrayList的查找性能绝对是一流的，无论查询的是哪个位置的元素
ArrayList除了尾部插入的性能较好外（位置越靠后性能越好），其他位置性能就不如人意了
LinkedList在头尾查找、插入性能都是很棒的，但是在中间位置进行操作的话，性能就差很远了，而且跟ArrayList完全不是一个量级的
根据源码分析所得结论：
标签：对象 size 参考 info 性能 后继节点 空间 object etl
原文地址：https://www.cnblogs.com/GG-Bond/p/10603071.html
