RandomAccess 明明是个空接口,能有什么用呢?

Hello,大家好,我是阿粉,Java 语言中有很多有意思的设计,之前二哥的一篇文章中介绍了Serializable 空接口,今天阿粉给大家介绍一个另一个 Java 中的空接口 RandomAccess

背景

打开 JDK 源码,搜索 RandomAccess 我们可以看到,如下代码块,就是一个申明,里面空空如也,啥也没有。要是放在以前阿粉肯定会觉得这种写法肯定没什么用,但是毕竟看过二哥之前的文章,阿粉已经学到了,不会再那么年轻了。

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public interface RandomAccess {
}

在介绍RandomAccess 的作用之前我们先看下集合 List 的两个基本的实现ArrayListLinkedList ,这两个的区别主要有下面几个

  1. 底层数据结构不同,Arraylist 底层使用的是 Object 数组;LinkedList 底层使用的是双向链表数据结构;
  2. 添加删除的时间复杂度不同,上面提到因为ArrayList 底层采用的是数组结构存储数据的,所以在插入和删除元素的时候,时间复杂度受元素位置的影响。 在执行添加方法的时候, ArrayList 会默认将元素添加到数组的最后,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时间复杂度就为 O(n-i) ,因为底层的数组需要进行移动操作。 而 LinkedList 底层采用链表存储,对于添加元素和删除元素的时间复杂度就不会受元素位置的影响,近似 O(1),如果是要在指定位置 i 插入和删除元素的话时间复杂度近似为 o(n)) 因为需要先遍历移动到指定位置再插入。
  3. 快速随机访问机制不同,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

揭秘

正是由于 ArrayListLinkedList 的随机访问性不同,才有了RandomAccess 空接口的存在!

看下面代码,我们创建 ArrayList LinkedList 两个集合,然后采用二分查找,找到指定的内容。我们顺藤摸瓜,可以发现RandomAccess 接口在Collections 类中binarySearch 方法中有使用,而且在给定的集合签名不同的时候会执行不同的查询方式,源码如下:

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public class ListTest {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("string1");
        list.add("string2");
        list.add("string3");
        int string2 = Collections.binarySearch(list, "string2");
        System.out.println(string2);

        LinkedList<String> linkedList = new LinkedList<>();
        linkedList.add("string4");
        linkedList.add("string5");
        linkedList.add("string6");
        int string5 = Collections.binarySearch(linkedList, "string6");
        System.out.println(string5);
    }
}

 public static <T> int binarySearch(List<? extends Comparable<? super T>> list, T key) {
    if (list instanceof RandomAccess || list.size()<BINARYSEARCH_THRESHOLD)
        return Collections.indexedBinarySearch(list, key);
    else
        return Collections.iteratorBinarySearch(list, key);
}

可以明显的看到在这个二分查找的方法里面根据 List 是否实现了 RandomAccess 接口来决定采用哪个搜索方案,如果实现了RandomAccess 接口表示这个List 支持随机访问,所以采用的是常规的二分查找;如果没有实现RandomAccess接口,则采用的迭代器的二分查找,因为迭代器的二分查找的实现效率相对较低,源码如下:

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private static <T>
    int indexedBinarySearch(List<? extends Comparable<? super T>> list, T key) {
        int low = 0;
        int high = list.size()-1;

        while (low <= high) {
            int mid = (low + high) >>> 1;
            Comparable<? super T> midVal = list.get(mid);
            int cmp = midVal.compareTo(key);

            if (cmp < 0)
                low = mid + 1;
            else if (cmp > 0)
                high = mid - 1;
            else
                return mid; // key found
        }
        return -(low + 1);  // key not found
    }

    private static <T>
    int iteratorBinarySearch(List<? extends Comparable<? super T>> list, T key)
    {
        int low = 0;
        int high = list.size()-1;
        ListIterator<? extends Comparable<? super T>> i = list.listIterator();

        while (low <= high) {
            int mid = (low + high) >>> 1;
            Comparable<? super T> midVal = get(i, mid);
            int cmp = midVal.compareTo(key);

            if (cmp < 0)
                low = mid + 1;
            else if (cmp > 0)
                high = mid - 1;
            else
                return mid; // key found
        }
        return -(low + 1);  // key not found
    }

    private static <T> T get(ListIterator<? extends T> i, int index) {
        T obj = null;
        int pos = i.nextIndex();
        if (pos <= index) {
            do {
                obj = i.next();
            } while (pos++ < index);
        } else {
            do {
                obj = i.previous();
            } while (--pos > index);
        }
        return obj;
    }

从上面的源码我们可以看到,都是采用二分查找,但是不同的地方是,indexedBinarySearch 方法中使用的是list.get(index)) 来获取中值的,而在iteratorBinarySearch 方法中是使用get(i, mid); 来获取中值的,get(i, mid); 中是通过while 遍历来查找中值的,因此效率会相对较低。

总结

通过上面的代码我们发现,其实RandomAccess 这个空接口就是用来作为标识的,标识某个集合是否支持随机访问,支持随机访问的话在进行搜索的时候我们可以采用更高效的搜索方案。

写在最后

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