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Java集合系列(二):ArrayList、LinkedList、Vector的使用方法及区别

2019-07-29 18:13 1846 查看

本篇博客主要讲解List接口的三个实现类ArrayList、LinkedList、Vector的使用方法以及三者之间的区别。

1. ArrayList使用

ArrayList是List接口最常用的实现类,内部通过数组来实现,因此它的优点是适合随机查找和遍历,缺点是不适合插入和删除。

ArrayList类的代码声明如下所示:

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
......
}

1.1 添加元素

使用ArrayList添加元素有以下两个重载:

boolean add(E e);

void add(int index, E element);

boolean add(E e);
是将元素添加到集合的末尾,

void add(int index, E element);
是将元素添加到指定的索引位置(索引是从0开始的)。

使用方法如下所示:

List<String> platformList = new ArrayList<>();

// 添加元素
platformList.add("博客园");
platformList.add("掘金");
platformList.add("微信公众号");

// 添加重复元素,会添加成功,因为List支持添加重复元素
platformList.add("博客园");
platformList.add("掘金");

platformList.add(3, "个人博客");

1.2 获取元素

获取ArrayList中指定索引处的元素的使用方法如下所示:

System.out.println("索引为3的元素为:" + platformList.get(3));

如果指定的索引超出了集合的最大索引,比如

platformList.get(6)
就会抛出异常
java.lang.IndexOutOfBoundsException

1.3 获取集合元素个数

获取ArrayList元素个数的使用方法如下所示:

System.out.println("platformList的元素个数为:" + platformList.size());

1.4 删除元素

使用ArrayList删除元素有以下两个重载:

E remove(int index);

boolean remove(Object o);

E remove(int index);
是删除集合中指定索引处的元素,
boolean remove(Object o);
是删除集合中的指定元素。

使用方法如下所示:

// 指定索引删除重复的元素 "博客园" "掘金"
platformList.remove(4);
platformList.remove(4);
// 删除指定元素 "个人博客"
platformList.remove("个人博客");

1.5 修改元素

修改ArrayList中指定索引处的元素值的使用方法如下所示:

platformList.set(0, "博客园:https://www.cnblogs.com/zwwhnly/");
platformList.set(1, "掘金:https://juejin.im/user/5c7ce730f265da2dca388167");
platformList.set(2, "微信公众号:申城异乡人");

1.6 判断集合是否为空

判断ArrayList是否为空的使用方法如下所示:

System.out.println("isEmpty:" + platformList.isEmpty());

1.7 遍历元素(面试常问)

遍历ArrayList的元素主要有以下3种方式:

  1. 迭代器遍历
  2. for循环
  3. foreach循环

使用方法如下所示:

System.out.println("使用Iterator遍历:");
Iterator<String> platformIterator = platformList.iterator();
while (platformIterator.hasNext()) {
System.out.println(platformIterator.next());
}

System.out.println();
System.out.println("使用for循环遍历:");
for (int i = 0; i < platformList.size(); i++) {
System.out.println(platformList.get(i));
}

System.out.println();
System.out.println("使用foreach遍历:");
for (String platform : platformList) {
System.out.println(platform);
}

1.8 清空集合

清空ArrayList中所有元素的使用方法如下所示:

platformList.clear();

1.9 完整示例代码

上面讲解的几点,完整代码如下所示:

public static void main(String[] args) {
List<String> platformList = new ArrayList<>();

// 添加元素
platformList.add("博客园");
platformList.add("掘金");
platformList.add("微信公众号");

// 添加重复元素,会添加成功,因为List支持添加重复元素
platformList.add("博客园");
platformList.add("掘金");

platformList.add(3, "个人博客");

System.out.println("索引为3的元素为:" + platformList.get(3));
System.out.println("platformList的元素个数为:" + platformList.size());

// 指定索引删除重复的元素 "博客园" "掘金"
platformList.remove(4);
platformList.remove(4);
// 删除指定元素 "个人博客"
platformList.remove("个人博客");

System.out.println("platformList的元素个数为:" + platformList.size());

platformList.set(0, "博客园:https://www.cnblogs.com/zwwhnly/");
platformList.set(1, "掘金:https://juejin.im/user/5c7ce730f265da2dca388167");
platformList.set(2, "微信公众号:申城异乡人");

System.out.println("isEmpty:" + platformList.isEmpty());

System.out.println("使用Iterator遍历:");
Iterator<String> platformIterator = platformList.iterator();
while (platformIterator.hasNext()) {
System.out.println(platformIterator.next());
}

System.out.println();
System.out.println("使用for循环遍历:");
for (int i = 0; i < platformList.size(); i++) {
System.out.println(platformList.get(i));
}

System.out.println();
System.out.println("使用foreach遍历:");
for (String platform : platformList) {
System.out.println(platform);
}

System.out.println();

// 清空集合
platformList.clear();
System.out.println("isEmpty:" + platformList.isEmpty());
}

输出结果为:

索引为3的元素为:个人博客

platformList的元素个数为:6

platformList的元素个数为:3

isEmpty:false

使用Iterator遍历:

博客园:https://www.cnblogs.com/zwwhnly/

掘金:https://juejin.im/user/5c7ce730f265da2dca388167

微信公众号:申城异乡人

使用for循环遍历:

博客园:https://www.cnblogs.com/zwwhnly/

掘金:https://juejin.im/user/5c7ce730f265da2dca388167

微信公众号:申城异乡人

使用foreach遍历:

博客园:https://www.cnblogs.com/zwwhnly/

掘金:https://juejin.im/user/5c7ce730f265da2dca388167

微信公众号:申城异乡人

isEmpty:true

2. LinkedList使用

LinkedList也是List接口的实现类,内部使用链表结构存储数据,因此它的优点是适合动态插入和删除元素,缺点是随机查找和遍历速度比较慢。

LinkedList类的代码声明如下所示:

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

LinkedList类的使用方法和ArrayList基本一样,只需修改下声明处的代码即可:

List<String> platformList = new LinkedList<>();

3. Vector使用

Vector也是List接口的实现类,内部也是通过数组来实现。

Vector类的代码声明如下所示:

public class Vector<E>
extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
}

与ArrayList不同的是,Vector是线程安全的,即某一时刻只有一个线程能够写Vector,避免多线程同时写而引起的不一致性。不过这也造成Vector的缺点:实现线程的同步需要额外的花费,因此它的访问速度会比ArrayList慢一些。

可以认为Vector是ArrayList在多线程环境下的实现版本。

所以Vector类的使用方法和ArrayList基本一样,只需修改下声明处的代码即可:

List<String> platformList = new Vector<>();

由于要支持线程同步,因此Vector类的很多方法都有synchronized关键字,如下所示:

public synchronized boolean isEmpty() {
return elementCount == 0;
}

public synchronized int size() {
return elementCount;
}

public synchronized void addElement(E obj) {
modCount++;
ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
elementData[elementCount++] = obj;
}

4. ArrayList、LinkedList、Vector的区别(面试常问)

注意:以下代码使用的JDK版本为1.8.0_191

4.1 相同点

ArrayList、LinkedList、Vector都实现了List接口,所以使用方式很类似,通过上面的示例也能发现这一点。

4.2 不同点

但是ArrayList、LinkedList、Vector的内部实现方式不同,也就导致了它们之间是有区别的。

4.2.1 存储结构

ArrayList和Vector是基于数组实现的,LinkedList是基于双向链表实现的。

这也就导致ArrayList适合随机查找和遍历,而LinkedList适合动态插入和删除元素。

关于数组和双向链表,这里不做详解,后续会单独写篇文章总结。

4.2.2 线程安全性

ArrayList和LinkedList是线程不安全的,Vector是线程安全的。

Vector可以看做是ArrayList在多线程环境下的另一种实现方式,这也导致了Vector的效率没有ArraykList和LinkedList高。

如果要在并发环境下使用ArrayList或者LinkedList,可以调用Collections类的synchronizedList()方法:

Collections.synchronizedList(platformList);

4.2.3 扩容机制

ArrayList和Vector都是使用Object类型的数组来存储数据的,ArrayList的默认容量是0,Vector的默认容量是10。

空说无凭,我们先看下ArrayList的使用示例:

List<String> strArrayList = new ArrayList<>();

for (int i = 0; i < 20; i++) {
strArrayList.add(String.valueOf(i));
}

执行的ArrayList构造函数的源码为:

transient Object[] elementData;

public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

再看下Vector的使用示例:

List<String> strVector = new Vector<>();

for (int i = 0; i < 30; i++) {
strVector.add(String.valueOf(i));
}

执行的Vector构造函数的源码为:

protected Object[] elementData;
protected int capacityIncrement;

public Vector() {
this(10);
}

public Vector(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, 0);
}

public Vector(int initialCapacity, int capacityIncrement) {
super();
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
this.elementData = new Object[initialCapacity];
this.capacityIncrement = capacityIncrement;
}

当向这两种类型中添加元素时,若容量不够,就会进行扩容,扩容的本质是产生一个新数组,将原数组的数据复制到新数组,再将新的元素添加到新数组中,使用的方法是

Arrays.copyOf()
,其中ArrayList扩容后的容量是之前的1.5倍,Vector默认情况下扩容后的容量是之前的2倍

仍然使用上面的ArrayList的例子:

List<String> strArrayList = new ArrayList<>();

for (int i = 0; i < 20; i++) {
strArrayList.add(String.valueOf(i));
}

在执行完

List<String> strArrayList = new ArrayList<>();
后,此时strArrayList的容量是0,

然后在添加第1个元素时,strArrayList的容量会扩容为容量10,

当添加第11个元素时,strArrayList的容量会扩容为容量15,

当添加第16个元素时,strArrayList的容量会扩容为容量22,

如果还需要扩容,依次会扩容到33-->49。

看下ArrayList的源码,就明白为什么会这样扩容:

private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}

private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
return minCapacity;
}

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;

// overflow-conscious code
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);
}

最核心的代码就是

int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
,所以ArrayList扩容后的容量是之前的1.5倍。

再看下上面的Vector例子:

List<String> strVector = new Vector<>();

for (int i = 0; i < 30; i++) {
strVector.add(String.valueOf(i));
}

在执行完

List<String> strVector = new Vector<>();
后,此时strVector的容量是10,

当添加第11个元素时,strVector的容量会扩容为容量20,

当添加第21个元素时,strVector的容量会扩容为容量40,

如果还需要扩容,依次会扩容到80-->160。

看下Vector的源码,就明白为什么会这样扩容:

public synchronized void addElement(E obj) {
modCount++;
ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
elementData[elementCount++] = obj;
}

private void ensureCapacityHelper(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;
int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ?
capacityIncrement : oldCapacity);
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

最核心的代码就是

int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ?capacityIncrement : oldCapacity);
,所以Vector默认情况下扩容后的容量是之前的2倍。

4.2.4 效率

ArrayList随机查找和遍历的效率会高一些,但动态插入和删除元素的效率会低一些。

LinkedList动态插入和删除元素的效率会高一些,但随机查找和遍历的效率会低一些。

如果需要在多线程下操作集合元素,建议使用Vector,否则的话,建议使用ArrayList。

5. 源码及参考

ArrayList、LinkedList、Vector的区别和实现原理

Java深入 - 深入理解Java集合

Java进阶(四十六)简述ArrayList、Vector与LinkedList的异同点

6. 最后

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