java 集合ArrayList及LinkList源码分析

首先是ArrayList的继承体系,代码如下:

Java代码

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>

implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

源码打印？

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>

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

public ArrayList(int initialCapacity) {

super();

if (initialCapacity < 0) //如果参数小于0，则抛出参数不合法异常

throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+

initialCapacity);

this.elementData = new Object[initialCapacity];//初始化ArrayList底层维护的数组

}

public ArrayList() {

this(10);//调用本类的有参构造方法

}

源码打印？

public ArrayList(int initialCapacity) {

super();

if (initialCapacity < 0) //如果参数小于0，则抛出参数不合法异常

throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+

initialCapacity);

this.elementData = new Object[initialCapacity];//初始化ArrayList底层维护的数组

}

public ArrayList() {

this(10);//调用本类的有参构造方法

}

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



public boolean add(E e) {

ensureCapacity(size + 1); //确保底层数组容量可以装入e

elementData[size++] = e; //在第size个索引位置放入e,然后size+1

return true;//添加成功,返回true

}

源码打印？

public boolean add(E e) {

ensureCapacity(size + 1); //确保底层数组容量可以装入e

elementData[size++] = e; //在第size个索引位置放入e,然后size+1

return true;//添加成功,返回true

}

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

Java代码



public void ensureCapacity(int minCapacity) {

modCount++;

int oldCapacity = elementData.length;//得到目前数组的容量大小

if (minCapacity > oldCapacity) { //如果目前数组容量小于传入的参数minCapacity

Object oldData[] = elementData;

int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;//则新生成一个容量

if (newCapacity < minCapacity) //如果新生成的容量依旧小于传入的参数

newCapacity = minCapacity;//则将参数赋予这个新容量

elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);//将数组扩大newCapacity 个长度

}

}

源码打印？

public void ensureCapacity(int minCapacity) {

modCount++;

int oldCapacity = elementData.length;//得到目前数组的容量大小

if (minCapacity > oldCapacity) { //如果目前数组容量小于传入的参数minCapacity

Object oldData[] = elementData;

int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;//则新生成一个容量

if (newCapacity < minCapacity) //如果新生成的容量依旧小于传入的参数

newCapacity = minCapacity;//则将参数赋予这个新容量

elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);//将数组扩大newCapacity 个长度

}

}

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



public E get(int index) {

RangeCheck(index); //检查一下index是否越界

return (E) elementData[index]; //返回第index的元素

}

源码打印？

public E get(int index) {

RangeCheck(index); //检查一下index是否越界

return (E) elementData[index]; //返回第index的元素

}

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



public boolean contains(Object o) {

return indexOf(o) >= 0;

}

源码打印？

public boolean contains(Object o) {

return indexOf(o) >= 0;

}

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



public int indexOf(Object o) {

if (o == null) {//如果o为null

for (int i = 0; i < size; i++)//循环遍历ArrayList底层的数组

if (elementData[i]==null)//如果某个元素为空,则返回该元素的索引

return i;

} else { //如果o不为null

for (int i = 0; i < size; i++)//循环遍历ArrayList底层的数组

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

return i;

}

return -1;//没有找到返回-1

}

源码打印？

public int indexOf(Object o) {

if (o == null) {//如果o为null

for (int i = 0; i < size; i++)//循环遍历ArrayList底层的数组

if (elementData[i]==null)//如果某个元素为空,则返回该元素的索引

return i;

} else { //如果o不为null

for (int i = 0; i < size; i++)//循环遍历ArrayList底层的数组

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

return i;

}

return -1;//没有找到返回-1

}

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



public E remove(int index) {

RangeCheck(index);//检查索引边界

modCount++;

E oldValue = (E) elementData[index];//得到index上的元素

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

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

System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,

numMoved);

elementData[--size] = null; // 将最后宇哥元素值为null,便于垃圾回收器回收

return oldValue;//返回删除的元素值

}

源码打印？

public E remove(int index) {

RangeCheck(index);//检查索引边界

modCount++;

E oldValue = (E) elementData[index];//得到index上的元素

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

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

System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,

numMoved);

elementData[--size] = null; // 将最后宇哥元素值为null,便于垃圾回收器回收

return oldValue;//返回删除的元素值

}

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



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;

}

源码打印？

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;

}

其基本思想与remove(int)区别不大

Java代码



public void add(int index, E element) {

if (index > size || index < 0)

throw new IndexOutOfBoundsException(

"Index: "+index+", Size: "+size);

ensureCapacity(size+1);

System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,

size - index); //移动数组,留出空间给新插入的元素

elementData[index] = element;

size++;

}

源码打印？

public void add(int index, E element) {

if (index > size || index < 0)

throw new IndexOutOfBoundsException(

"Index: "+index+", Size: "+size);

ensureCapacity(size+1);

System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,

size - index); //移动数组,留出空间给新插入的元素

elementData[index] = element;

size++;

}

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



private transient Entry<E> header = new Entry<E>(null, null, null);

源码打印？

private transient Entry<E> header = new Entry<E>(null, null, null);

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

Java代码



private static class Entry<E> {

E element;

Entry<E> next;

Entry<E> previous;

Entry(E element, Entry<E> next, Entry<E> previous) {

this.element = element;

this.next = next;

this.previous = previous;

}

}

源码打印？

private static class Entry<E> {

E element;

Entry<E> next;

Entry<E> previous;

Entry(E element, Entry<E> next, Entry<E> previous) {

this.element = element;

this.next = next;

this.previous = previous;

}

}

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：

由

Java代码



public E removeFirst() {

return remove(header.next);

}

源码打印？

public E removeFirst() {

return remove(header.next);

}

引出

Java代码



private E remove(Entry<E> e) {

if (e == header)

throw new NoSuchElementException();

E result = e.element;

e.previous.next = e.next;

e.next.previous = e.previous;

e.next = e.previous = null;

e.element = null;

size--;

modCount++;

return result;

}

源码打印？

private E remove(Entry<E> e) {

if (e == header)

throw new NoSuchElementException();

E result = e.element;

e.previous.next = e.next;

e.next.previous = e.previous;

e.next = e.previous = null;

e.element = null;

size--;

modCount++;

return result;

}

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



public boolean remove(Object o) {

if (o==null) {

for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) {

if (e.element==null) {

remove(e);

return true;

}

}

} else {

for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) {

if (o.equals(e.element)) {

remove(e);

return true;

}

}

}

return false;

}

源码打印？

public boolean remove(Object o) {

if (o==null) {

for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) {

if (e.element==null) {

remove(e);

return true;

}

}

} else {

for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) {

if (o.equals(e.element)) {

remove(e);

return true;

}

}

}

return false;

}

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



public E remove(int index) {

return remove(entry(index));

}

源码打印？

public E remove(int index) {

return remove(entry(index));

}

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

private Entry<E> entry(int index) {

if (index < 0 || index >= size)

throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+

", Size: "+size);

Entry<E> e = header;

if (index < (size >> 1)) {

for (int i = 0; i <= index; i++)

e = e.next;

} else {

for (int i = size; i > index; i--)

e = e.previous;

}

return e;

}

源码打印？

private Entry<E> entry(int index) {

if (index < 0 || index >= size)

throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+

", Size: "+size);

Entry<E> e = header;

if (index < (size >> 1)) {

for (int i = 0; i <= index; i++)

e = e.next;

} else {

for (int i = size; i > index; i--)

e = e.previous;

}

return e;

}

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

private Entry<E> addBefore(E e, Entry<E> entry) {

Entry<E> newEntry = new Entry<E>(e, entry, entry.previous);

newEntry.previous.next = newEntry;

newEntry.next.previous = newEntry;

size++;

modCount++;

return newEntry;

}

源码打印？

private Entry<E> addBefore(E e, Entry<E> entry) {

Entry<E> newEntry = new Entry<E>(e, entry, entry.previous);

newEntry.previous.next = newEntry;

newEntry.next.previous = newEntry;

size++;

modCount++;

return newEntry;

}

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