在上一章《初探java集合框架图》中,我相信大部分朋友对java容器整体架构都有了初步的了解,那么本章主要是想详细的介绍以下List接口实现类之间的区别!
01、List简介
List 的数据结构就是一个序列,存储内容时直接在内存中开辟一块连续的空间,然后将空间地址与索引对应。
以下是List集合简易架构图
由图中的继承关系,可以知道,ArrayList、LinkedList、Vector、Stack都是List的四个实现类。
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AbstractCollection 是一个抽象类,它唯一实现Collection接口的类。AbstractCollection主要实现了toArray()、toArray(T[] a)、remove()等方法。
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AbstractList 也是一个抽象类,它继承于AbstractCollection。AbstractList实现List接口中除size()、get(int location)之外的函数,比如特定迭代器ListIterator。
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AbstractSequentialList 是一个抽象类,它继承于AbstractList。AbstractSequentialList 实现了“链表中,根据index索引值操作链表的全部函数”。
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ArrayList 是一个动态数组,它由数组实现。随机访问效率高,随机插入、随机删除效率低。
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LinkedList 是一个双向链表。它也可以被当作堆栈、队列或双端队列进行操作。LinkedList随机访问效率低,但随机插入、随机删除效率高。
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Vector 也是一个动态数组,和ArrayList一样,也是由数组实现。但是ArrayList是非线程安全的,而Vector是线程安全的。
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Stack 是栈,它继承于Vector。它的特性是:先进后出(FILO, First In Last Out)。
下面对各个实现类进行方法剖析!
02、ArrayList
ArrayList实现了List接口,也是顺序容器,即元素存放的数据与放进去的顺序相同,允许放入null元素,底层通过数组实现。 除该类未实现同步外,其余跟Vector大致相同。
在Java1.5之后,集合还提供了泛型,泛型只是编译器提供的语法糖,方便编程,对程序不会有实质的影响。因为所有的类都默认继承至Object,所以这里的数组是一个Object数组,以便能够容纳任何类型的对象。
常用方法介绍
2.1、get方法
get()方法同样很简单,先判断传入的下标是否越界,再获取指定元素。
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2.2、set方法
set()方法也非常简单,直接对数组的指定位置赋值即可。
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2.3、add方法
ArrayList添加元素有两个方法,一个是add(E e),另一个是add(int index, E e)。
这两个方法都是向容器中添加新元素,可能会出现容量(capacity)不足,因此在添加元素之前,都需要进行剩余空间检查,如果需要则自动扩容。扩容操作最终是通过grow()方法完成的。
grow方法实现
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添加元素还有另外一个addAll()方法,addAll()方法能够一次添加多个元素,根据位置不同也有两个方法,一个是在末尾添加的addAll(Collection<? extends E> c)方法,一个是从指定位置开始插入的addAll(int index, Collection<? extends E> c)方法。
不同点:addAll()的时间复杂度不仅跟插入元素的多少有关,也跟插入的位置相关,时间复杂度是线性增长!
2.4、remove方法
remove()方法也有两个版本,一个是remove(int index)删除指定位置的元素;另一个是remove(Object o),通过o.equals(elementData[index])来删除第一个满足的元素。
需要将删除点之后的元素向前移动一个位置。需要注意的是为了让GC起作用,必须显式的为最后一个位置赋null值。
- remove(int index)方法
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- remove(Object o)方法
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03、LinkedList
在上篇文章中,我们知道LinkedList同时实现了List接口和Deque接口,也就是说它既可以看作一个顺序容器,又可以看作一个队列(Queue),同时又可以看作一个栈(Stack)。
LinkedList底层通过双向链表实现,通过first
和last
引用分别指向链表的第一个和最后一个元素,注意这里没有所谓的哑元(某个参数如果在子程序或函数中没有用到,那就被称为哑元),当链表为空的时候first
和last
都指向null。
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常用方法介绍
3.1、get方法
get()方法同样很简单,先判断传入的下标是否越界,再获取指定元素。
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3.2、set方法
set(int index, E element)方法将指定下标处的元素修改成指定值,也是先通过node(int index)找到对应下表元素的引用,然后修改Node中item的值。
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3.3、add方法
同样的,add()方法有两方法,一个是add(E e),另一个是add(int index, E element)。
- add(E e)方法
该方法在LinkedList的末尾插入元素,因为有last指向链表末尾,在末尾插入元素的花费是常数时间,只需要简单修改几个相关引用即可。
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- add(int index, E element)方法
该方法是在指定下表处插入元素,需要先通过线性查找找到具体位置,然后修改相关引用完成插入操作。
具体分成两步,1.先根据index找到要插入的位置;2.修改引用,完成插入操作。
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同样的,添加元素还有另外一个addAll()方法,addAll()方法能够一次添加多个元素,根据位置不同也有两个方法,一个是在末尾添加的addAll(Collection<? extends E> c)方法,另一个是从指定位置开始插入的addAll(int index, Collection<? extends E> c)方法。
里面也for循环添加元素,addAll()的时间复杂度不仅跟插入元素的多少有关,也跟插入的位置相关,时间复杂度是线性增长!
3.4、remove方法
同样的,remove()方法也有两个方法,一个是删除指定下标处的元素remove(int index),另一个是删除跟指定元素相等的第一个元素remove(Object o)。
两个删除操作都是,1.先找到要删除元素的引用;2.修改相关引用,完成删除操作。
- remove(int index)方法
通过下表,找到对应的节点,然后将其删除
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- remove(Object o)方法
通过equals判断找到对应的节点,然后将其删除
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删除操作都是通过unlink(Node<E> x)
方法完成的。这里需要考虑删除元素是第一个或者最后一个时的边界情况。
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04、Vector
Vector类属于一个挽救的子类,早在jdk1.0的时候,就已经存在此类,但是到了jdk1.2之后重点强调了集合的概念,所以,先后定义了很多新的接口,比如ArrayList、LinkedList,但考虑到早期大部分已经习惯使用Vector类,所以,为了兼容性,java的设计者,就让Vector多实现了一个List接口,这才将其保留下来。
在使用方面,Vector的get
、set
、add
、remove
方法实现,与ArrayList基本相同,不同的是Vector在方法上加了线程同步锁synchronized
,所以,执行效率方面,会比较慢!
4.1、get方法
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4.2、set方法
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4.3、add方法
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4.4、remove方法
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05、Stack
在 Java 中 Stack 类表示后进先出(LIFO)的对象堆栈。栈是一种非常常见的数据结构,它采用典型的先进后出的操作方式完成的;在现实生活中,手枪弹夹的子弹就是一个典型的后进先出的结构。
在使用方面,主要方法有push
、peek
、pop
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5.1、push方法
push方法表示,向栈中添加元素
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5.2、peek方法
peek方法表示,查看栈顶部的对象,但不从栈中移除它
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5.3、pop方法
pop方法表示,移除元素,并将要移除的元素方法
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关于 Java 中 Stack 类,有很多的质疑声,栈更适合用队列结构来实现,这使得Stack在设计上不严谨,因此,官方推荐使用Deque下的类来是实现栈!
06、总结
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ArrayList(动态数组结构),查询快(随意访问或顺序访问),增删慢,但在末尾插入,速度与LinkedList相差无几!
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LinkedList(双向链表结构),查询慢,增删快!
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Vector(动态数组结构),相比ArrayList都慢,被ArrayList替代,基本不在使用。优势是线程安全(函数都是synchronized),如果需要在多线程下使用,推荐使用并发容器中的工具类来操作,效率高!
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Stack(栈结构)继承于Vector,数据是先进后出,基本不在使用,如果要实现栈,推荐使用Deque下的ArrayDeque,效率比Stack高!
07、参考
1、JDK1.7&JDK1.8 源码