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ArrayList与linkedList的用法区别及扩容方式

作者：ouseika

这篇文章主要介绍了ArrayList与linkedList的用法区别及扩容方式，具有很好的参考价值，希望对大家有所帮助。如有错误或未考虑完全的地方，望不吝赐教

1. Array

Array（数组）是基于索引(index)的数据结构，它使用索引在数组中搜索和读取数据是很快的。

Array获取数据的时间复杂度是O(1),但是要删除数据却是开销很大，因为这需要重排数组中的所有数据, (因为删除数据以后, 需要把后面所有的数据前移)

缺点: 数组初始化必须指定初始化的长度, 否则报错

例如：

int[] a = new int[4];//推介使用int[] 这种方式初始化

int c[] = {23,43,56,78};//长度：4，索引范围：[0,3]

2. List

List—是一个有序的集合，可以包含重复的元素，提供了按索引访问的方式，它继承Collection。

List有两个重要的实现类：ArrayList和LinkedList

List是一个接口，不可以实例化, 不能写成如下：

List<Integer> list = new List<Integer>();//错误

类继承关系

3. ArrayList

ArrayList底层的实现是Array, 数组扩容实现

4. 使用数组长度分配空间性能对比

注意: 长度尽量使用2的幂作为长度, 计算机分配空间大都使用次幂去分配, 减少碎片空间

我们下来看一下代码:

package javatest;
 
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
 
/**
 * @ClassName Jtest
 * @Description TODO
 * @Author lingxiangxiang
 * @Date 4:54 PM
 * @Version 1.0
 **/
public class Jtest {
 
    public static int length = 1048576; //10的20次幂
    public static List<Integer> list1 = new ArrayList<>();
    public static List<Integer> list2 = new ArrayList<>(length);
 
    public static void addList(int sign) {
        long start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < length; i++) {
            if (sign == 0) {
                list1.add(sign);
            } else {
                list2.add(sign);
            }
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(sign + " exec time is: " + (end - start));
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        addList(0);
        addList(1);
    }
}

执行结果:

0 exec time is: 25
1 exec time is: 17

ArrayList在初始化的时候指定长度肯定是要比不指定长度的性能好很多, 这样不用重复的申请空间, 复制数组, 销毁老的分配空间了

5. LinkList

LinkList是一个双链表,在添加和删除元素时具有比ArrayList更好的性能.

但在get与set方面弱于ArrayList.当然,这些对比都是指数据量很大或者操作很频繁。

链表不需要连续的空间, 大小不确定

6. 对比

时间复杂度

操作数组链表
随机访问O(1)O(N)
头部插入O(N)O(1)
头部删除O(N)O(1)
尾部插入O(1)O(1)
尾部删除O(1)O(1)

小结

7. ArrayList的源码分析

7.1 ArrayList的主要成员变量

  private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
  // ArrayList的默认长度是多少
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
  // ArrayList的默认空元素链表
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
  // ArrayList存放的数据
    transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
  // ArrayList的长度
    private int size;

7.2 ArrayList的构造函数

// 构造一个初始化容量为10的空列表
public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
// 初始化一个指定大小容量的列表
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);
        }
    }
// 构造一个包含指定集合的元素列表, 按照它们由集合迭代器返回的顺序
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;
        }
    }

7.3 扩容机制

ArrayList扩容的核心从ensureCapacityInternal方法说起。可以看到前面介绍成员变量的提到的ArrayList有两个默认的空数组：

// 增加元素的方法
public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }
 
 //判断当前数组是否是默认构造方法生成的空数组，如果是的话minCapacity=10反之则根据原来的值传入下一个方法去完成下一步的扩容判断
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        return minCapacity;
        }
 
//minCapacitt表示修改后的数组容量，minCapacity = size + 1
 private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        //判断看看是否需要扩容
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
    }

下面谈谈ensureExplicitCapacity方法（modCount设计到Java的快速报错机制后面会谈到），可以看到如果修改后的数组容量大于当前的数组长度那么就需要调用grow进行扩容，反之则不需要。

//判断当前ArrayList是否需要进行扩容
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
  modCount++;
 
  // overflow-conscious code
  // int[] a = new int[5]; 数组创建的时候是多大, a.length就等于5
  if (minCapacity - elementData.length > 0)
    grow(minCapacity);
}

最后看下ArrayList扩容的核心方法grow()，下面将针对三种情况对该方法进行解析：

private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        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);
    }

总结

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持脚本之家。

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