2 ArrayList 详解

List 是有序、可重复的容器。List中每个元素都有索引标记，可以根据元素的索引标记访问元素，从而精确控制这些元素。

List 接口常用的实现类：ArrayList、LinkedList、Vector。

一、ArrayList

ArrayList 底层是用数组实现。特点：查询效率高，增删效率低，线程不安全。增删操作较多的场景使用LinkedList，线程安全使用Vector 或者封装的线程安全集合类。

1、ArrayList

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, Serializable

ArrayList 通过动态数组实现，且实现了所有可选列表操作，允许包括null在内的所有元素。除了实现List接口外，此类还提供一些方法来操作内部用来存储列表的数组的大小。

2、源码解析

ArrayList 由动态对象数组实现，默认构造方法创建一个空数组。第一次添加元素时，容量扩充为10，之后的扩充算法是原容量1.5倍。

(1) 添加方法

  /**
     * Appends the specified element to the end of this list.
     *
     * @param e element to be appended to this list
     * @return <tt>true</tt> (as specified by {@link Collection#add})
     */
    public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

(2) 扩容方法

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

        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }

 /**
     * Increases the capacity to ensure that it can hold at least the
     * number of elements specified by the minimum capacity argument.
     *
     * @param minCapacity the desired minimum capacity
     */
    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);
    }

(3) 删除方法

    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);
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work

        return oldValue;
    }

    public boolean remove(Object o) {
        if (o == null) {
            for (int index = 0; index < size; index++)
                if (elementData[index] == null) {
                    fastRemove(index);
                    return true;
                }
        } else {
            for (int index = 0; index < size; index++)
                if (o.equals(elementData[index])) {
                    fastRemove(index);
                    return true;
                }
        }
        return false;
    }

3 ArrayList的特点

3.1 动态数组不适合做删除、插入操作。

3.2 为了防止数组动态扩充过多，建议创建时给定初始容量。

3.3 多线程不安全，适合在单线程使用。

3.4 建议存储同类型的对象。

4 ArrayList 扩展方法

addAll(Collection c)

removeAll(Collection c)

retainAll(Collection c)

containsALll(Collection c)

indexOf(Object o)

lastIndexOf(Object o)

二、LinkedList

1 LinkedList

public class LinkedList<E> extends AbstractSequentialList<E> implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable

实现原理，通过双向链表实现的。适合插入、删除操作。

2 节点

LinkedList使用双向链表实现，而双向链表通过节点来实现，我们来看看节点的定义。

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;
        }
}

3 元素操作

LinkedList默认大小为0，没有扩容机制，每增加一个元素，容量加1。

(1) add

    public boolean add(E e) {
        linkLast(e);
        return true;
    }

    void linkLast(E e) {
        final Node<E> l = last;
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
        last = newNode;
        if (l == null)
            first = newNode;
        else
            l.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

(2) remove

    public E remove(int index) {
        checkElementIndex(index);
        return unlink(node(index));
    }

    E unlink(Node<E> x) {
        // 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;
    }

(3) get

    public E get(int index) {
        checkElementIndex(index);
        return node(index).item;
    }

    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;
        }
    }

4、其他方法

getFirst()

getLast()

addFirst()

addLast()

removeFirst()

removeLast()

三、ArrayList与LinkedList 区别

1、线程安全

ArrayList 和 LinkedList 都是不同步的，也就是不保证线程安全；

2、底层数据结构

Arraylist 底层使用的是Object动态数组；LinkedList 底层使用的是双向链表数据结构（JDK1.6之前为循环链表，JDK1.7取消了循环。注意双向链表和双向循环链表的区别，下面有介绍到！）

3、插入和删除是否受元素位置的影响

(1) ArrayList 采用数组存储，所以插入和删除元素的时间复杂度受元素位置的影响。 比如：执行add(E e)方法的时候， ArrayList 会默认在将指定的元素追加到此列表的末尾，这种情况时间复杂度就是O(1)。但是如果要在指定位置 i 插入和删除元素的话（add(int index, E element)）时间复杂度就为 O(n-i)。因为在进行上述操作的时候集合中第 i 和第 i 个元素之后的(n-i)个元素都要执行向后位/向前移一位的操作。

(2) LinkedList 采用链表存储，所以插入，删除元素时间复杂度不受元素位置的影响，都是近似 O（1）而数组为近似 O（n）。

4、是否支持快速随机访问

LinkedList 不支持高效的随机元素访问，而 ArrayList 支持。快速随机访问就是通过元素的序号快速获取元素对象(对应于get(int index)方法)。

5、内存空间占用

ArrayList的空 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，而LinkedList的空间花费则体现在它的每一个元素都需要消耗比ArrayList更多的空间（因为要存放直接后继和直接前驱以及数据）。