List接口实现类－ArrayList、Vector、LinkedList集合深入学习以及源代码解析
学习List接口实现类 ArrayList Vector LinkedList
List接口的实现类中最经常使用最重要的就是这三个：ArrayList、Vector、LinkedList。
JDK中这三个类的定义：
1、ArrayList<E>：
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
/**
* The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored.
* The capacity of the ArrayList is the length of this array buffer.
*/
private transient Object[] elementData;
/**
* The size of the ArrayList (the number of elements it contains).
*
* @serial
*/
private int size;
2、 Vector<E>：
public class Vector<E>extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
/**
* The array buffer into which the components of the vector are
* stored. The capacity of the vector is the length of this array buffer,
* and is at least large enough to contain all the vector's elements.
*
* <p>Any array elements following the last element in the Vector are null.
*
* @serial
*/
protected Object[] elementData;
3、LinkedList<E>：
public class LinkedList<E>extends AbstractSequentialList<E>
implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{ // 在序列化这个对象的时候这个变量不会被这样序列化
transient int size = 0;
/**
* Pointer to first node.
* Invariant: (first == null && last == null) ||
* (first.prev == null && first.item != null)
*/
transient Node<E> first;
/**
* Pointer to last node.
* Invariant: (first == null && last == null) ||
* (last.next == null && last.item != null)
*/
transient Node<E> last;
4、从这三个类定义就能够看出一些信息：
（1）、三个都直接实现了AbstractList这个抽象类
（2）、ArrayList和Vector都实现了RandomAccess接口。而LinkedList没有。这是什么意思呢？
在JDK 中，RandomAccess接口是一个空接口，所以它没有实际意义。就是一个标记，
标记这个类支持高速随机訪问，所以，arrayList和 vector是支持随机訪问的，可是LinkedList不支持持
（3）、serializbale接口表明他们都支持序列化。
5、以下具体说说List的这三个实现：
（1）、 查看实现源代码会发现这三个里面，ArrayList和Vector使用了数组的实现，相当于封装了对数组的操作。这也正是他们可以支持高速随机訪问的原因，多说一句，JDK中全部基于数组实现的数据结构都可以支持高速随机訪问。
ArrayList和Vector的实现上差点儿都使用了同样的算法，他们的主要差别就是ArrayList没有对不论什么一个方法做同步处理，所以不是线程安全的；而Vector中大部分方法都做了线程同步所以是线程安全的。
（2）、LinkedList使用的是双向循环链表的数据结构。因为是基于链表的。所以无法法实现随机訪问的，仅仅能顺序訪问，这也正是它没有实现RandomAccess接口的原因。
（3）、因为ArrayList、Vector和LinkedList所採用的数据结构不同。注定他们适用的是全然不同的场景。
通过阅读这几个类的源代码，我们能够看到他们实现的不同。
ArrayList和Vector基本一样，我们就用ArrayList和LinkedList做对照。
在末尾添加一个元素
6、ArrayList中的add方法实现例如以下：
/**
* Appends the specified element to the end of this list.
*将元素加入到list的最后
* @param e element to be appended to this list
* @return <tt>true</tt> (as specified by {@link Collection#add})
*/
public boolean add(E e) {
// 推断容量
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
这种方法做两件事情，首先确保数组空间足够大。然后在数组末尾添加元素而且通过后++使得完毕size+1
从这个代码能够看出，假设数组空间足够大，那么仅仅是数组的add操作就是O(1)的性能，很高效。
7、在看看ensureCapacityInternal这种方法的实现：
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code。假设空间不够则扩容也就是又一次创建一个Object[]对象
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
8、grow(int minCapacity)方法创建数组并将原来的数据复制到新数组中
/**
* Increases the capacity to ensure that it can hold at least the
* number of elements specified by the minimum capacity argument.
*
* @param minCapacity the desired minimum capacity
*/
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;
// 使用移位运算，提高效率
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);
}
能够看出。假设数组空间不够，那么这种方法就会做数组扩容和数组复制操作，看上面，JDK利用移位运算符进行扩容计算，>>1右移一位表示除2，所以newCapacity就是扩容为原来的1.5倍。
9、这里的代码都是JDK1.7中的实现，JDK1.7对1.6的非常多代码做了优化。比方上面这段扩容代码，在JDK1.6中上面的是直接除2，显然。移位运算要更高效。
10、在看看LinkedList中的add方法：
（1）、add（E e）:
/**
* Appends the specified element to the end of this list.
*
* <p>This method is equivalent to {@link #addLast}.
*
* @param e element to be appended to this list
* @return {@code true} (as specified by {@link Collection#add})
*/
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}
(2)、linkLast(E e) ：
/**
* Links e as last element.
*/
void linkLast(E e) {
final Node<E> l = last;
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
last = newNode;
if (l == null)
first = newNode;
else
l.next = newNode;
size++;
modCount++;
}
（3）、内部类：
private static class Node<E> {
// 当前节点
E item;
// 当前节点的后节点
Node<E> next;
// 当前节点的前节点
Node<E> prev;
// 构造函数
Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}
从这段add代码能够看出。LinkedList因为使用了链表。所以不须要进行扩容，直接把元素加到链表最后，把新元素的前驱指向之前的last元素。并把last元素指向新元素就能够了。
这也是一个O(1)的性能。
在任何位置插入元素
11、ArrayList中的实现例如以下：
（1）、 add(int index, E element)
public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index);
// 推断容量
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code，假设数组长度不够则进行扩容
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
（3）、grow(int minCapacity)
/**
* Increases the capacity to ensure that it can hold at least the
* number of elements specified by the minimum capacity argument.
*
* @param minCapacity the desired minimum capacity
*/
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);
}
这段代码，首先先检查数组容量，容量不够先扩容。然后把index之后的数组往后挪一个。最后在index位置放上新元素。因为数组是一块连续内存空间，所以在任何位置插入。都会导致这个其后数组后挪一位的情况。须要做一次数组复制操作，非常明显，假设有大量的随机插入，那么这个数组复制操作开销会非常大。并且插入的越靠前，数组复制开销越大。
12、LinkedList中的实现：
（1）、add(int index, E element)
* Inserts the specified element at the specified position in this list.
* Shifts the element currently at that position (if any) and any
* subsequent elements to the right (adds one to their indices).
*
* @param index index at which the specified element is to be inserted
* @param element element to be inserted
* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
*/
public void add(int index, E element) {
checkPositionIndex(index);
if (index == size)
linkLast(element);
else
linkBefore(element, node(index));
}
（2）、linkBefore（E e, Node<E> succ）
/**
* Inserts element e before non-null Node succ.
*/
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
// assert succ != null;
final Node<E> pred = succ.prev;
final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
succ.prev = newNode;
if (pred == null)
first = newNode;
else
pred.next = newNode;
size++;
modCount++;
}
（3）、 Node<E> node(int index)
/**
* Returns the (non-null) Node at the specified element index.
*/
Node<E> node(int index) {
// assert isElementIndex(index);
if (index < (size >> 1)) {
Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else {
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}
这段代码。取到原先index处节点的前驱。变成新节点的前驱，同一时候把原先index变成新节点的后驱，这样就完毕了新节点的插入。
这个就是链表的优势。不存在数据复制操作，性能和在最后插入是一样的。
小结：
从上面的源代码剖析能够看出这三种List实现的一些典型适用场景，假设常常对数组做随机插入操作，特别是插入的比較靠前，那么LinkedList的性能优势就很明显。而假设都仅仅是末尾插入，则ArrayList更占领优势。假设须要线程安全。则使用Vector或者创建线程安全的ArrayList。
在使用基于数组实现的ArrayList 和Vector 时我们要指定初始容量。由于我们在源代码中也看到了，在加入时首先要进行容量的推断，假设容量不够则要创建新数组。还要将原来数组中的数据拷贝到新数组中。这个过程会减低效率而且会浪费资源。
