java集合类源码分析之List

Posted 2020-10-09 Wilange

　　首先分析一下集合与数组的区别：1.java中的数组一般用于存储基本数据类型，而且是静态的，即长度固定不变，这就不适用于元素个数未知的情况；2.集合只能用于存储引用类型，并且长度可变，适用于大多数情况，可用toArray()方法转换成数组。

java语言提供了多种集合类的接口，如List、Set、Map等。这里首先从List开始分析，其实现类有ArrayList、LinkedList、Vector（Stack），下面就从它们的源代码开始：

1.ArrayList（数组列表）

顾名思义，这是一种以数组形式进行存储的列表，所以其优点是便于随机访问，而在插入和删除操作时效率较低。

• 构造方法（三种）：

1.public ArrayList(int initialCapacity)　　指定初始列表的容量，当容量不够时会自动进行扩容

2.public ArrayList()　　空的构造方法

3.public ArrayList(Collection<? extends E> c)　　初始化列表元素，传入参数为一个集合类的对象

1         ArrayList<String> arrayList1 = new ArrayList<String>(3);    //初始化ArrayList容量大小
2         arrayList1.add("A");
3         arrayList1.add("B");
4         arrayList1.add("C");
5         ArrayList<String> arrayList2 = new ArrayList<String>(arrayList1);    //初始化ArrayList元素
6         System.out.println(arrayList2);    //[A, B, C]

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• 插入元素（add）

1.在列表尾部插入 add(E e)

1  public boolean add(E e) {
2         ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
3         elementData[size++] = e;
4         return true;
5     }

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2.在列表指定位置插入 add(int index, E element)

1 public void add(int index, E element) {
2         rangeCheckForAdd(index);
3 
4         ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
5         System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
6                          size - index);
7         elementData[index] = element;
8         size++;
9     }

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3.在列表尾部插入一个子集 addAll(Collection<? extends E> c)

1     public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
2         Object[] a = c.toArray();
3         int numNew = a.length;
4         ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount
5         System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
6         size += numNew;
7         return numNew != 0;
8     }

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4.在列表的指定位置插入一个子集 addAll(int index, Collection<? extends E> c)

 1     public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
 2         rangeCheckForAdd(index);
 3 
 4         Object[] a = c.toArray();
 5         int numNew = a.length;
 6         ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount
 7 
 8         int numMoved = size - index;
 9         if (numMoved > 0)
10             System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,
11                              numMoved);
12 
13         System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
14         size += numNew;
15         return numNew != 0;
16     }

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观察源码可知，在指定位置插入元素其实是通过arraycopy()方法来实现的，即是将原数组复制到目标数组，因而效率较低。

应用示例：

1         ArrayList<String> arrayList1 = new ArrayList<String>(3);    //初始化ArrayList容量大小
2         arrayList1.add("A");
3         arrayList1.add("B");
4         arrayList1.add("C");
5         arrayList1.add("D");
6         System.out.println(arrayList1);    //[A, B, C, D]
7         arrayList1.add(0, "E");
8         System.out.println(arrayList1); //[E, A, B, C, D]

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• 查找元素

1.查找指定位置的元素 get(int index)

2.查找指定元素的位置 indexOf(Object o)、lastIndexOf(Object o)

3.查找列表中是否包含指定元素 contains(Object o)

1  public boolean contains(Object o) {
2         return indexOf(o) >= 0;
3     }

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由于ArrayList以数组方式实现，自带索引，所以便于随机查找。

• 修改元素

修改指定位置的元素 set(int index, E element)

1         ArrayList<String> arrayList1 = new ArrayList<String>(3);    //初始化ArrayList容量大小
2         arrayList1.add("A");
3         arrayList1.add("B");
4         arrayList1.add("C");
5         arrayList1.add("D");
6         System.out.println(arrayList1); //[A, B, C, D]
7         arrayList1.set(0, "X");
8         System.out.println(arrayList1); //[X, B, C, D]

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由于ArrayList以数组方式实现，自带索引，所以便于随机修改。

• 删除元素

1.删除指定位置的元素 remove(int index)

 1     public E remove(int index) {
 2         rangeCheck(index);
 3 
 4         modCount++;
 5         E oldValue = elementData(index);
 6 
 7         int numMoved = size - index - 1;
 8         if (numMoved > 0)
 9             System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
10                              numMoved);
11         elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
12 
13         return oldValue;
14     }

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2.删除指定元素 remove(Object o)

 1     public boolean remove(Object o) {
 2         if (o == null) {
 3             for (int index = 0; index < size; index++)
 4                 if (elementData[index] == null) {
 5                     fastRemove(index);
 6                     return true;
 7                 }
 8         } else {
 9             for (int index = 0; index < size; index++)
10                 if (o.equals(elementData[index])) {
11                     fastRemove(index);
12                     return true;
13                 }
14         }
15         return false;
16     }

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3.清空列表 clear()

1     public void clear() {
2         modCount++;
3 
4         // clear to let GC do its work
5         for (int i = 0; i < size; i++)
6             elementData[i] = null;
7 
8         size = 0;
9     }

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从源码中我们可以知道，删除元素时也是通过arraycopy()方法，将原数组复制到目标数组，因而效率较低。

应用示例：

 1         ArrayList<String> arrayList1 = new ArrayList<String>(3);    //初始化ArrayList容量大小
 2         arrayList1.add("A");
 3         arrayList1.add("B");
 4         arrayList1.add("C");
 5         arrayList1.add("D");
 6         arrayList1.remove(0);
 7         System.out.println(arrayList1);    //[B, C, D]
 8         arrayList1.remove("D");
 9         System.out.println(arrayList1);    //[B, C]
10         arrayList1.clear();
11         System.out.println(arrayList1.isEmpty());    //true

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