java集合-List简单介绍

Posted 2021-03-22 woshijinlei

List为一个接口，直接继承Collection接口，对比他们的接口变化：除了Collection接口中size(),isEmpty()等方法，其增加了基于下标index的一系列方法，摘抄部分接口方法：

get(int)

set(int, E)

add(int, E)

remove(int)

indexOf(Object)

lastIndexOf(Object)

subList(int, int)

我们简单看一下ArrayList，

首先看一下成员变量

    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    transient Object[] elementData; 
    private int size;

elementData为内部实际存储元素的数组，即ArrayList是基于数组的存储结构，我们get(int),set(int,E)等方法，实质也是操作数组来实现；
看一下加入元素方法：

    public void add(int index, E element) {
        if (index > size || index < 0)
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));

        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                         size - index);
        elementData[index] = element;
        size++;
    }

主要做了输入数据合法性检查，容器扩容检查，数组复制，数组插入位置赋值，size尺寸增加；

我们从ensureCapacityInternal()方法开始：

    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }

        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }

    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }

    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);
    }

关于容器扩容检查的几个方法，我们看一下主要流程，最终参数minCapacity的值为size+1，通过grow()方法，newCapacity其中一种尝试是赋值为elementData数组长度的1.5倍，并通过Arrays.copyOf()方法实现elementData数据最终扩容；

完成扩容检查之后，我们进行数组复制，因为此时elementData数组已经扩容，所以可以从index位置统一移动到index+1位置，预留出index位置；

最后我们把index位置赋值为我们add的元素，整个即完成来ArrayList在特定位置增加元素的过程；

 我们在简单看一下LinkedList：

LinkedList除了具备List接口的所有特性，它还实现了Deque接口，可以先看List接口相关的；我们看一下成员变量：

    transient int size = 0;

    transient Node<E> first;

    transient Node<E> last;

成员变量只有三个，主要存储了首尾Node元素，看一下Node结构：

    private static class Node<E> {
        E item;
        Node<E> next;
        Node<E> prev;

        Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
    }

是一个私有数据存储类，包含实际存储的元素item以及指向前后Node的变量；是一种基于链表结构的容器；

我们也看一下加入元素方法：

    public void add(int index, E element) {
        checkPositionIndex(index);

        if (index == size)
            linkLast(element);
        else
            linkBefore(element, node(index));
    }

主要包括输入参数检查，如果是末尾添加linkList(),如果不是末尾添加linkBefore();

主要看一下linkBefore()方法，输入参数node(index):

    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;
        }
    }

从成员变量我们知道，LinkedList不像ArrayList那样维护一个内部数组，而是通过包装类Node持有存入的元素和在它之前和之后的Node引用；所以当我们想要找到某一个元素时，只能够从成员变量的first开始位置的Node或者结束位置last的Node变量逐个逐个查找；通过node()方法可以看到，分析当index小于容器长度一半时，是从first位置开始遍历，由第一个Node的next引用可以找到第二个Node，第二个Node的next引用找下一个，直到小于index时的Node；

回到linkBefore()方法，我们已经找到index位置的Node，在以此为基础add进入一个新的的Node，即add进新的元素；

    void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
        // assert succ != null;
        final Node<E> pred = succ.prev;
        final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
        succ.prev = newNode;
        if (pred == null)
            first = newNode;
        else
            pred.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

我们简单看一下，主要目的是new一个新的Node对象newNode，newNode需要保存add进入容器的元素element，将prev和next分别赋值上一个Node和下一个Node，上一个Node即从传入的Node参数获取，下一个即传入参数Node本身，同时跟新传入Node的上一个引用指向新插入的newNode，最终完成了LinkedList指定位置add元素的整个流程；

从两种List集合的add方法的分析过程可以看出，删除和插入元素ArrayList涉及到内部数组的赋值移动，而LinkedList又涉及到内部遍历，效率都不是很好；如果我们想拿到具体位置的元素，ArrayList可以通过index索引直接得到，但是LinkedList需要从头部或者尾部逐个遍历才能拿到具体位置的元素；如果操作首尾元素，而linkedList则更具有效率；