ArrayList和LinkedList源码对比总结

关于ArrayList的源码,给出几点比较重要的总结:

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。

  1. 注意其三个不同的构造方法。无参构造方法构造的ArrayList的容量默认为10,带有Collection参数的构造方法,将Collection转化为数组赋给ArrayList的实现数组elementData。
  2. 注意扩充容量的方法ensureCapacity。ArrayList在每次增加元素(可能是1个,也可能是一组)时,都要调用该方法来确保足够的容量。当容量不足以容纳当前的元素个数时,就设置新的容量为旧的容量的1.5倍加1,如果设置后的新容量还不够,则直接新容量设置为传入的参数(也就是所需的容量),而后用Arrays.copyof()方法将元素拷贝到新的数组(详见下面的第3点)。从中可以看出,当容量不够时,每次增加元素,都要将原来的元素拷贝到一个新的数组中,非常之耗时,也因此建议在事先能确定元素数量的情况下,才使用ArrayList,否则建议使用LinkedList。
  3. ArrayList的实现中大量地调用了Arrays.copyof()和System.arraycopy()方法。我们有必要对这两个方法的实现做下深入的了解。
    首先来看Arrays.copyof()方法。它有很多个重载的方法,但实现思路都是一样的,我们来看泛型版本的源码:
public static <T> T[] copyOf(T[] original, int newLength) {  
    return (T[]) copyOf(original, newLength, original.getClass());  
} 

很明显调用了另一个copyof方法,该方法有三个参数,最后一个参数指明要转换的数据的类型,其源码如下:

public static <T,U> T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class<? extends T[]> newType) {  
    T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class)  
        ? (T[]) new Object[newLength]  
        : (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength);  
    System.arraycopy(original, 0, copy, 0,  
                     Math.min(original.length, newLength));  
    return copy;  
}

这里可以很明显地看出,该方法实际上是在其内部又创建了一个长度为newlength的数组,调用System.arraycopy()方法,将原来数组中的元素复制到了新的数组中。

下面来看System.arraycopy()方法。该方法被标记了native,调用了系统的C/C++代码,在JDK中是看不到的,但在openJDK中可以看到其源码。该函数实际上最终调用了C语言的memmove()函数,因此它可以保证同一个数组内元素的正确复制和移动,比一般的复制方法的实现效率要高很多,很适合用来批量处理数组。Java强烈推荐在复制大量数组元素时用该方法,以取得更高的效率。

  1. 注意ArrayList的两个转化为静态数组的toArray方法。

第一个,Object[] toArray()方法。该方法有可能会抛出java.lang.ClassCastException异常,如果直接用向下转型的方法,将整个ArrayList集合转变为指定类型的Array数组,便会抛出该异常,而如果转化为Array数组时不向下转型,而是将每个元素向下转型,则不会抛出该异常,显然对数组中的元素一个个进行向下转型,效率不高,且不太方便。

第二个, T[] toArray(T[] a)方法。该方法可以直接将ArrayList转换得到的Array进行整体向下转型(转型其实是在该方法的源码中实现的),且从该方法的源码中可以看出,参数a的大小不足时,内部会调用Arrays.copyOf方法,该方法内部创建一个新的数组返回,因此对该方法的常用形式如下:

public static Integer[] vectorToArray2(ArrayList<Integer> v) {
Integer[] newText = (Integer[])v.toArray(new Integer[0]);
return newText;
}

  1. ArrayList基于数组实现,可以通过下标索引直接查找到指定位置的元素,因此查找效率高,但每次插入或删除元素,就要大量地移动元素,插入删除元素的效率低。

  2. 在查找给定元素索引值等的方法中,源码都将该元素的值分为null和不为null两种情况处理,ArrayList中允许元素为null。

关于LinkedList的源码,给出几点比较重要的总结:

LinkedList简介 LinkedList是基于双向循环链表(从源码中可以很容易看出)实现的,除了可以当作链表来操作外,它还可以当作栈,队列和双端队列来使用。

LinkedList同样是非线程安全的,只在单线程下适合使用。

LinkedList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Cloneable接口,能被克隆。

  1. 从源码中很明显可以看出,LinkedList的实现是基于双向循环链表的,且头结点中不存放数据。
  1. 注意两个不同的构造方法。无参构造方法直接建立一个仅包含head节点的空链表,包含Collection的构造方法,先调用无参构造方法建立一个空链表,然后将Collection中的数据加入到链表的尾部后面。

  2. 在查找和删除某元素时,源码中都划分为该元素为null和不为null两种情况来处理,LinkedList中允许元素为null。

  3. LinkedList是基于链表实现的,因此不存在容量不足的问题,所以这里没有扩容的方法。

  4. 注意源码中的Entry entry(int index)方法。该方法返回双向链表中指定位置处的节点,而链表中是没有下标索引的,要指定位置出的元素,就要遍历该链表,从源码的实现中,我们看到这里有一个加速动作。源码中先将index与长度size的一半比较,如果index<size/2,就只从位置0往后遍历到位置index处,而如果index>size/2,就只从位置size往前遍历到位置index处。这样可以减少一部分不必要的遍历,从而提高一定的效率(实际上效率还是很低)。

  5. 注意链表类对应的数据结构Entry。如下;

// 双向链表的节点所对应的数据结构。    
// 包含3部分:上一节点,下一节点,当前节点值。    
private static class Entry<E> {    
    // 当前节点所包含的值    
    E element;    
    // 下一个节点    
    Entry<E> next;    
    // 上一个节点    
    Entry<E> previous;    
  
    /**   
     * 链表节点的构造函数。   
     * 参数说明:   
     *   element  —— 节点所包含的数据   
     *   next      —— 下一个节点   
     *   previous —— 上一个节点   
     */   
    Entry(E element, Entry<E> next, Entry<E> previous) {    
        this.element = element;    
        this.next = next;    
        this.previous = previous;    
    }    
}   

  1. LinkedList是基于链表实现的,因此插入删除效率高,查找效率低(虽然有一个加速动作)。

  2. 要注意源码中还实现了栈和队列的操作方法,因此也可以作为栈、队列和双端队列来使用。

ArrayList和LinkedList在性能上各有优缺点,都有各自所适用的地方,总的说来可以描述如下:

1.对ArrayList和LinkedList而言,在列表末尾增加一个元素所花的开销都是固定的。对ArrayList而言,主要是在内部数组中增加一项,指向所添加的元素,偶尔可能会导致对数组重新进行分配;而对LinkedList而言,这个开销是统一的,分配一个内部Entry对象。

2.在ArrayList的中间插入或删除一个元素意味着这个列表中剩余的元素都会被移动;而在LinkedList的中间插入或删除一个元素的开销是固定的。

3.LinkedList不支持高效的随机元素访问。

4.ArrayList的空间浪费主要体现在在list列表的结尾预留一定的容量空间,而LinkedList的空间花费则体现在它的每一个元素都需要消耗相当的空间

可以这样说:当操作是在一列数据的后面添加数据而不是在前面或中间,并且需要随机地访问其中的元素时,使用ArrayList会提供比较好的性能;当你的操作是在一列数据的前面或中间添加或删除数据,并且按照顺序访问其中的元素时,就应该使用LinkedList了。

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