java集合【12】——— ArrayList,LinkedList,Vector的相同点与区别是什么?
要想回答这个问题,可以先把各种都讲特性,然后再从底层存储结构,线程安全,默认大小,扩容机制,迭代器,增删改查效率这几个方向入手。
特性列举
ArrayList
:动态数组,使用的时候,只需要操作即可,内部已经实现扩容机制。- 线程不安全
- 有顺序,会按照添加进去的顺序排好
- 基于数组实现,随机访问速度快,插入和删除较慢一点
- 可以插入
null
元素,且可以重复
Vector
和前面说的ArrayList
很是类似,这里说的也是1.8版本,它是一个队列,但是本质上底层也是数组实现的。同样继承AbstractList
,实现了List
,RandomAcess
,Cloneable
,java.io.Serializable
接口。具有以下特点:- 提供随机访问的功能:实现
RandomAcess
接口,这个接口主要是为List
提供快速访问的功能,也就是通过元素的索引,可以快速访问到。 - 可克隆:实现了
Cloneable
接口 - 是一个支持新增,删除,修改,查询,遍历等功能。
- 可序列化和反序列化
- 容量不够,可以触发自动扩容
- **最大的特点是:线程安全的*,相当于线程安全的
ArrayList
。
- 提供随机访问的功能:实现
- LinkedList:链表结构,继承了
AbstractSequentialList
,实现了List
,Queue
,Cloneable
,Serializable
,既可以当成列表使用,也可以当成队列,堆栈使用。主要特点有:- 线程不安全,不同步,如果需要同步需要使用
List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList());
- 实现
List
接口,可以对它进行队列操作 - 实现
Queue
接口,可以当成堆栈或者双向队列使用 - 实现Cloneable接口,可以被克隆,浅拷贝
- 实现
Serializable
,可以被序列化和反序列化
- 线程不安全,不同步,如果需要同步需要使用
底层存储结构不同
ArrayList
和Vector
底层都是数组结构,而LinkedList
在底层是双向链表结构。
线程安全性不同
ArrayList和LinkedList都不是线程安全的,但是Vector是线程安全的,其底层是用了大量的synchronized关键字,效率不是很高。
如果需要ArrayList和LinkedList是线程安全的,可以使用Collections类中的静态方法synchronizedList(),获取线程安全的容器。
默认的大小不同
ArrayList如果我们创建的时候不指定大小,那么就会初始化一个默认大小为10,DEFAULT_CAPACITY
就是默认大小。
Vector也一样,如果我们初始化,不传递容量大小,什么都不指定,默认给的容量是10:
而LinkedList底层是链表结构,是不连续的存储空间,没有默认的大小的说法。
扩容机制
ArrayList和Vector底层都是使用数组Object[]
来存储,当向集合中添加元素的时候,容量不够了,会触发扩容机制,ArrayList扩容后的容量是按照1.5倍扩容,而Vector默认是扩容2倍。两种扩容都是申请新的数组空间,然后调用数组复制的native函数,将数组复制过去。
Vector可以设置每次扩容的增加容量,但是ArrayList不可以。Vector有一个参数capacityIncrement,如果capacityIncrement大于0,那么扩容后的容量,是以前的容量加上扩展系数,如果扩展系数小于等于0,那么,就是以前的容量的两倍。
迭代器
LinkedList
源码中一共定义了三个迭代器:
Itr
:实现了Iterator
接口,是AbstractList.Itr
的优化版本。ListItr
:继承了Itr
,实现了ListIterator
,是AbstractList.ListItr
优化版本。ArrayListSpliterator
:继承于Spliterator
,Java 8 新增的迭代器,基于索引,二分的,懒加载器。
Vector
和ArrayList
基本差不多,都是定义了三个迭代器:
Itr
:实现接口Iterator
,有简单的功能:判断是否有下一个元素,获取下一个元素,删除,遍历剩下的元素ListItr
:继承Itr
,实现ListIterator
,在Itr
的基础上有了更加丰富的功能。VectorSpliterator
:可以分割的迭代器,主要是为了分割以适应并行处理。和ArrayList
里面的ArrayListSpliterator
类似。
LinkedList
里面定义了三种迭代器,都是以内部类的方式实现,分别是:
ListItr
:列表的经典迭代器DescendingIterator
:倒序迭代器LLSpliterator
:可分割迭代器
增删改查的效率
理论上,ArrayList
和Vector
检索元素,由于是数组,时间复杂度是O(1)
,在集合的尾部插入或者删除是O(1)
,但是其他的地方增加,删除,都是O(n)
,因为涉及到了数组元素的移动。但是LinkedList
不一样,LinkedList
不管在任何位置,插入,删除都是O(1)
的时间复杂度,但是LinkedList
在查找的时候,是O(n)
的复杂度,即使底层做了优化,可以从头部/尾部开始索引(根据下标在前一半还是后面一半)。
如果插入删除比较多,那么建议使用LinkedList
,但是它并不是线程安全的,如果查找比较多,那么建议使用ArrayList
,如果需要线程安全,先考虑使用Collections
的api
获取线程安全的容器,再考虑使用Vector
。
测试三种结构在头部不断添加元素的结果:
测出来的结果,LinkedList最小,Vector费时最多,基本验证了结果:
测试get的时间性能,往每一个里面初始化10w个数据,然后每次get出来:
测出来的时间如下,LinkedList
执行get
操作确实耗时巨大,Vector
和ArrayList
在单线程环境其实差不多,多线程环境会比较明显,这里就不测试了:
测试删除操作的代码如下,删除的时候我们是不断删除第0个元素:
测试结果,LinkedList确实效率最高,但是Vector
比ArrayList
效率还要高。因为是单线程的环境,没有触发竞争的关系。
下面来测试一下,vector多线程的环境,首先两个线程,每个删除5w元素:
测试时间为:12668
如果只使用一个线程,测试的时间是:8216,这也从结果说明了确实Vector
在多线程的环境下,会竞争锁,导致执行时间变长。
总结一下
- ArrayList
- 底层是数组,扩容就是申请新的数组空间,复制
- 线程不安全
- 默认初始化容量是10,扩容是变成之前的1.5倍
- 查询比较快
- LinkedList
- 底层是双向链表,可以往前或者往后遍历
- 没有扩容的说法,可以当成双向队列使用
- 增删比较快
- 查找做了优化,index如果在前面一半,从前面开始遍历,index在后面一半,从后往前遍历。
- Vector
- 底层是数组,几乎所有方法都加了Synchronize
- 线程安全
- 有个扩容增长系数,如果不设置,默认是增加原来长度的一倍,设置则增长的大小为增长系数的大小。
【刷题笔记】
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【作者简介】:
秦怀,公众号【秦怀杂货店】作者,技术之路不在一时,山高水长,纵使缓慢,驰而不息。个人写作方向:Java源码解析,JDBC,Mybatis,Spring,redis,分布式,剑指Offer,LeetCode等,认真写好每一篇文章,不喜欢标题党,不喜欢花里胡哨,大多写系列文章,不能保证我写的都完全正确,但是我保证所写的均经过实践或者查找资料。遗漏或者错误之处,还望指正。
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