java 集合ArrayList及LinkList源码分析

长平狐 发布于 2012/11/12 11:44
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首先是ArrayList的继承体系,代码如下:

Java代码 复制代码
  1. public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>   
  2.         implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable  

  可以看到ArrayList是List接口的一个实现类,List接口规定可以存放有序重复的元素,因此ArrayList遵循了这一原则.接着看一下ArrayList的构造方法:

Java代码 复制代码
  1. public ArrayList(int initialCapacity) {   
  2. super();   
  3.        if (initialCapacity < 0//如果参数小于0,则抛出参数不合法异常   
  4.            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+   
  5.                                               initialCapacity);   
  6. this.elementData = new Object[initialCapacity];//初始化ArrayList底层维护的数组   
  7.    }   
  8.   
  9.   
  10.    public ArrayList() {   
  11. this(10);//调用本类的有参构造方法   
  12.    }  

 先看第二个构造方法,虽然构造方法里面没有参数,但是在实现中会默认调用本类的带参构造方法,初始化为10个长度;对于第一个构造方法,传入了一个参数用来初始化ArrayList容量

 

下面分析部分常用方法:

Java代码 复制代码
  1. public boolean add(E e) {   
  2. ensureCapacity(size + 1);  //确保底层数组容量可以装入e   
  3. elementData[size++] = e; //在第size个索引位置放入e,然后size+1   
  4. return true;//添加成功,返回true   
  5.    }  

 

 在该方法中,重点是ensureCapacity(size + 1)这个方法,下面看其源码:

Java代码 复制代码
  1. public void ensureCapacity(int minCapacity) {   
  2. modCount++;   
  3. int oldCapacity = elementData.length;//得到目前数组的容量大小   
  4. if (minCapacity > oldCapacity) {          //如果目前数组容量小于传入的参数minCapacity   
  5.     Object oldData[] = elementData;      
  6.     int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;//则新生成一个容量   
  7.         if (newCapacity < minCapacity) //如果新生成的容量依旧小于传入的参数   
  8.     newCapacity = minCapacity;//则将参数赋予这个新容量   
  9.            elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);//将数组扩大newCapacity 个长度   
  10. }   
  11.    }  

 因为数组长度一旦定义则不能够变化,所以JDK中使用ensureCapacity方法来确保数组长度能动态变化,这也是ArrayList与数组的不同之处

 

 

Java代码 复制代码
  1. public E get(int index) {   
  2. RangeCheck(index); //检查一下index是否越界   
  3.   
  4. return (E) elementData[index]; //返回第index的元素   
  5.    }  

 

 get方法用于取出第index的元素,该方法里使用了RangeCheck方法来检查索引是否越界

 

 

Java代码 复制代码
  1. public boolean contains(Object o) {   
  2. return indexOf(o) >= 0;   
  3.    }  

 contains方法用来判断ArrayList中对象o是否在,调用了indexOf来实现

 

Java代码 复制代码
  1. public int indexOf(Object o) {   
  2.     if (o == null) {//如果o为null   
  3.         for (int i = 0; i < size; i++)//循环遍历ArrayList底层的数组   
  4.         if (elementData[i]==null)//如果某个元素为空,则返回该元素的索引   
  5.             return i;   
  6.     } else {         //如果o不为null   
  7.         for (int i = 0; i < size; i++)//循环遍历ArrayList底层的数组   
  8.         if (o.equals(elementData[i]))//若发现其中某个元素等于o,则返回该元素的索引   
  9.             return i;   
  10.     }   
  11.     return -1;//没有找到返回-1   
  12.     }  

 

 indexOf方法还是比较简单,注意的是将对象o分为null和非null进行判断

 

 

Java代码 复制代码
  1. public E remove(int index) {   
  2. RangeCheck(index);//检查索引边界   
  3.   
  4. modCount++;   
  5. E oldValue = (E) elementData[index];//得到index上的元素   
  6.   
  7. int numMoved = size - index - 1;//得到需要移动的元素数量,注意这里要减1,因为不包括将要删除的元素   
  8. if (numMoved > 0)//需要移动的元素数量大于0,则开始移动ArrayList底层数组   
  9.     System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,   
  10.              numMoved);   
  11. elementData[--size] = null// 将最后宇哥元素值为null,便于垃圾回收器回收   
  12.   
  13. return oldValue;//返回删除的元素值   
  14.    }  

 从上面源码可以看到,每删除一个元素且不是最后一个元素则需要移动底层数组,这样会导致效率低下,故ArrayList

不适合删除操作过多的场景

 

ArrayList还重载了remove方法:

 

Java代码 复制代码
  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.     }  

 其基本思想与remove(int)区别不大

 

 

 

Java代码 复制代码
  1. public void add(int index, E element) {   
  2. if (index > size || index < 0)   
  3.     throw new IndexOutOfBoundsException(   
  4.     "Index: "+index+", Size: "+size);   
  5.   
  6. ensureCapacity(size+1);     
  7. System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,   
  8.          size - index);  //移动数组,留出空间给新插入的元素   
  9. elementData[index] = element;   
  10. size++;   
  11.    }  

 上面的add方法用于在指定索引出插入元素,同样需要移动数组,效率低下

二、LinkedList概况:

      LinkedList属于一个双向循环的链表,其内部是用一个Entry来维护的

Java代码 复制代码
  1. private transient Entry<E> header = new Entry<E>(nullnullnull);  

      在Entry中就包含链表的三个属性,previous、next、element

Java代码 复制代码
  1. private static class Entry<E> {   
  2. E element;   
  3. Entry<E> next;   
  4. Entry<E> previous;   
  5.   
  6. Entry(E element, Entry<E> next, Entry<E> previous) {   
  7.     this.element = element;   
  8.     this.next = next;   
  9.     this.previous = previous;   
  10. }   
  11.    }  

  element:当前节点的值

  previous:指向当前节点的前一个节点

  next:指向当前节点的后一个节点


二、接下来重点分析一下方法:

Java代码 复制代码
  1. public E removeFirst() {   
  2. return remove(header.next);   
  3.    }  

 引出

Java代码 复制代码
  1. private E remove(Entry<E> e) {   
  2. if (e == header)   
  3.     throw new NoSuchElementException();   
  4.   
  5.        E result = e.element;   
  6. e.previous.next = e.next;   
  7. e.next.previous = e.previous;   
  8.        e.next = e.previous = null;   
  9.        e.element = null;   
  10. size--;   
  11. modCount++;   
  12.        return result;   
  13.    }  

 可以看出remove(Entry<E> e)是一个私有方法,所有我们是没法直接去调用此方法的,该方法就是为LinkedList本身服务的,因为LinkedList是由Entry维护,Entry即我们所说的节点,删除它的操作很简单,只要把当前节点的前一个节点的next指向当前节点的下一个节点(e.previous.next = e.next;),然后当前节点的下一个节点的previous指向当前节点的前一个节点(e.next.previous = e.previous;),最后把当前节点的next,previous、element置为null,以便GC回收(e.next = e.previous = null; e.element = null;)删除操作就完成了,我们从中可以看出他的时间复杂度仅为O(1),也就是说删除LinkedList中第一个元素和最后一个元素的时间复杂的仅为O(1),所以他的操作是非常快的。


三、但是如果我们是想删除某个具体的对象时,它又是怎么实现的呢?看源码

Java代码 复制代码
  1. public boolean remove(Object o) {   
  2.        if (o==null) {   
  3.            for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) {   
  4.                if (e.element==null) {   
  5.                    remove(e);   
  6.                    return true;   
  7.                }   
  8.            }   
  9.        } else {   
  10.            for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) {   
  11.                if (o.equals(e.element)) {   
  12.                    remove(e);   
  13.                    return true;   
  14.                }   
  15.            }   
  16.        }   
  17.        return false;   
  18.    }  

我们发现这方法的内部又调用了一个前面已经分析过的remove(Entry<E> e)方法, 在这个方法中却多了一个for循环,他要从一个节点开始找,直到找到那个值于传入的参数值相等,我们可以看出他的时间复杂度就不是我们普遍认为的O(1) 了,而变成了O(n),之所以这样是LinkedList作为一个通用性的链表结构,由Entry去维护该数据结构,而不是拿我们直接保存在 LinkedList的值,相当于做了一层包装,所以你要删除某个值,你还得去找到那个对应的Entry对象。


四、再来看看下面这个方法:

Java代码 复制代码
  1. public E remove(int index) {   
  2.        return remove(entry(index));   
  3.    }  

 这是删除某个指定位置元素的方法,跟踪一下entry(index)方法

Java代码
  1. private Entry<E> entry(int index) {   
  2.       if (index < 0 || index >= size)   
  3.           throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+   
  4.                                               ", Size: "+size);   
  5.       Entry<E> e = header;   
  6.       if (index < (size >> 1)) {   
  7.           for (int i = 0; i <= index; i++)   
  8.               e = e.next;   
  9.       } else {   
  10.           for (int i = size; i > index; i--)   
  11.               e = e.previous;   
  12.       }   
  13.       return e;   
  14.   }  

 我们很惊奇的发现,哇,原来删除某个位置的元素还是这样实现的,为了找到index位置的 Entry元素,它根据index元素与LinkedList大小的一半(size>>1)做了次比较,如果比size/2小,它就由前往后找,如果比size/2大,它就从后往前找,并不是我们所想的一味的又前往后找,这样一来,除去比较所消耗的时间,他的时间复杂度为O(n/2)


五、相对来说添加的操作就没那么复杂了

Java代码
  1. private Entry<E> addBefore(E e, Entry<E> entry) {   
  2. Entry<E> newEntry = new Entry<E>(e, entry, entry.previous);   
  3. newEntry.previous.next = newEntry;   
  4. newEntry.next.previous = newEntry;   
  5. size++;   
  6. modCount++;   
  7. return newEntry;   
  8.    }  

 这方法的意思是说,把e对应的节点添加到entry的前面,首先构造newEntry对象,即新节点,然后是新节点的前一个节点的next指向当前的新节点,当前新节点的下一个元素的previous也指向新节点.

 

六、总结:相对于ArrayList来说,普遍认为对数据的修改频繁时最好使用 LinkedList,但是我们发现针对LinkedList要移除某个元素时,发现其效率也并不见得非常的高,因为其中还涉及到一个查询的操作。,所以,在某些特定的领域下特别是对性能很高的情况下,可以自己实现满足要求的LinkedList,而不用jdk提供的通用的 java.util.LinkedList.最后还附上一个很丑的图,以供参考

 


原文链接:http://blog.csdn.net/csh624366188/article/details/6896656
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