源码分析（5）-ArrayList、Vector和LinkedList（JDK1.8）

一、概述

1、线程安全：ArrayList和LinkedList非线程安全的、Vector线程安全的。

2、底层数据结构：ArrayList和Vector底层数据结构是数组；LinkedList双向链表。

3、时间复杂度是否受插入和删除元素位置影响：ArrayList和Vector受影响，add(E e)方法时间复杂度O（1）和add(int index, E element)方法时间复杂度O（n-index）；LinkedList受影响，add(E e)方法时间复杂度O（1）和add(int index, E element)方法时间复杂度O（n）。

4、是否支持随机访问：ArrayList和Vector支持；LinkedList不支持。

5、内存空间占用：ArrayList和Vector空间浪费主要体现在在list列表的结尾会预留一定的容量空间；LinkedList空间花费则体现在每一个元素都需要消耗更多的空间（因为要存放直接后继和直接前驱以及数据）。

二、集合UML类图

ArrayList和LinkedList继承和实现相同，LinkedList实现java.util.Deque<E>接口和继承java.util.AbstractSequentialList<E>抽象类。

三、ArrayList源码分析

1、重要成员变量

//数组，存储数据
transient Object[] elementData;
//数组长度
private int size;
//数组结构变更次数
protected transient int modCount = 0;

2、插入

//添加元素
public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);//确认容量足够
        elementData[size++] = e;
        return true;
}

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}
//计算容量
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);//初始化容量10，返回初始容量和需要最小容量选择最大值
        }
        return minCapacity;
    }
//
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;
        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)//最小需要容量大于数组长度，进行扩容
            grow(minCapacity);
}
//扩容
private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);扩容1.5倍
        if (newCapacity - minCapacity < 0)//扩容后容量和需要的最小容量
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);//设置最大容量
        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);//复制数组
}

//指定位置添加数组
public void add(int index, E element) {
        rangeCheckForAdd(index);
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index);//复制插入数组
        elementData[index] = element;
        size++;
}

3、删除

//删除元素
public E remove(int index) {
        rangeCheck(index);
        modCount++;
        E oldValue = elementData(index);
        int numMoved = size - index - 1;
        if (numMoved > 0)
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);数组复制，index位置以后的元素前移1个位置
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
        return oldValue;
}

四、Vector源码分析

成员方法和ArrayList相似，不同之处在于方法都是synchronized同步锁修饰。

1、重要成员变量

//数组，存储数据和ArrayList相同
protected Object[] elementData;
//数组长度，等同于ArrayList的size
protected int elementCount;
//扩容量
protected int capacityIncrement;

2、插入

//添加元素
    public synchronized boolean add(E e) {
        modCount++;
        ensureCapacityHelper(elementCount + 1);//确保容量
        elementData[elementCount++] = e;//尾部添加元素
        return true;
    }
//
    private void ensureCapacityHelper(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);//扩容
    }
//
    private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ? capacityIncrement : oldCapacity);//默认扩容2倍
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);//复制数组
    }

五、LinkedList源码分析

1、重要成员变量

//双向链表节点长度
transient int size = 0;
//头结点
transient Node<E> first;
//尾结点
transient Node<E> last;

2、数据结构

    private static class Node<E> {
        E item;//数据
        Node<E> next;//下一个节点
        Node<E> prev;//前一个节点

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

3、插入

  //插入到头部
    public void addFirst(E e) {
        linkFirst(e);
    }
//
    private void linkFirst(E e) {
        final Node<E> f = first;//头结点
        final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
        first = newNode;
        if (f == null)//头结点为空
            last = newNode;
        else
            f.prev = newNode;//原头结点的前一个节点指向新节点
        size++;
        modCount++;
    }

//尾部添加节点
    public void addLast(E e) {
        linkLast(e);
    }
//
    void linkLast(E e) {
        final Node<E> l = last;//尾结点
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
        last = newNode;
        if (l == null)//尾结点为空，此时头尾节点都是空
            first = newNode;
        else
            l.next = newNode;//尾结点执行新节点
        size++;
        modCount++;
    }

 //插入节点默认在尾部添加
    public boolean add(E e) {
        linkLast(e);
        return true;
    }

//指定位置添加节点
    public void add(int index, E element) {
        checkPositionIndex(index);

        if (index == size)
            linkLast(element);//尾部添加节点
        else
            linkBefore(element, node(index));
    }
//
    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++;
    }

//
    Node<E> node(int index) {
        // assert isElementIndex(index);

        if (index < (size >> 1)) {//插入位置小于0.5*size，正向遍历
            Node<E> x = first;
            for (int i = 0; i < index; i++)//查询待插入位置节点
                x = x.next;
            return x;
        } else {
            Node<E> x = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--)//逆向遍历
                x = x.prev;
            return x;
        }
    }

4、删除

//删除指定位置元素
    public E remove(int index) {
        checkElementIndex(index);
        return unlink(node(index));//遍历查询index位置元素
    }
//
    E unlink(Node<E> x) {//删除数据
        // assert x != null;
        final E element = x.item;
        final Node<E> next = x.next;
        final Node<E> prev = x.prev;

        if (prev == null) {
            first = next;
        } else {
            prev.next = next;
            x.prev = null;
        }

        if (next == null) {
            last = prev;
        } else {
            next.prev = prev;
            x.next = null;
        }

        x.item = null;
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }

其他方法不再讲解。