Java集合（2）——深入理解ArrayList、Vector和LinkedList
回顾
Java集合主要分为两个体系结构，Collection和Map。这篇博客主要介绍Collection子接口List下的三个经常使用的实现类：ArrayList、Vector和LinkedList。
详细内容参见《Java基础——集合》
先看下关系图：
1、ArrayList
这是List最常用的实现类，想一想为什么他最常用？
Array，在java中意为“数组”。猜想ArrayList和数组应该关系很密切，其实ArrayList可以看作是一个可以改变大小的数组。
举个简单的例子吧，看下他的使用：
ArrayList<String> list1 = new ArrayList<>();
list1.add("a");
list1.add("b");
list1.add("c");
list1.set(2, "d");
Iterator<String> iter = list1.iterator();
while (iter.hasNext()) {
System.out.println(iter.next());
}之后，我们就从源码看看他是如何设计的吧。
1）构造函数
提示：
默认ArrayList长度为10；
用于保存数据的elementData本身就是个Object[]；
ArrayList提供了三种构造函数，具体逻辑可以看下面的代码。
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
//默认容量为10
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
//调用无参数构造函数时，给一个空数据
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
//保存元素的数据
transient Object[] elementData;
//1、无参数构造函数，默认空数组
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
//2、给定初始容量的构造函数
public ArrayList(int initialCapacity) {
//大于0时，创建一个Object数据，长度为传入的容量值
if (initialCapacity > 0) {
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
//等于0时，给一个空数组
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
//其他抛出容量不合法异常
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}
//3、给定集合对象的构造函数
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
//放入数组
elementData = c.toArray();
//数组长度不等于0时，将进行复制
if ((size = elementData.length) != 0) {
// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
否则，返回空数组
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}
}2）动态扩充
在添加元素时，会涉及到扩充的问题，其中核心方法是grow()。
提示：
“>>” 右移运算符：
在二进制中比较容易理解，这里不是重点，大致相当于值的二分之一。因此，有的书上会说ArrayList扩容一次会增加原来的一半，就是从这里看出来的。
private void grow(int minCapacity) {
//获取原来的容量，即原来数组的长度
int oldCapacity = elementData.length;
//新容量
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
//复制数组
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}2、Vector
Vector和ArrayList几乎完全相同，直接看源码就知道了，瞬间有种剽窃的赶脚……
但其实不是的，Vector是比ArrayList出现的要早的，也正是因为这样，很多方法都比较陈旧了，并不推荐适用男。
这里贴了一小部分代码，和ArrayList几乎一样，就不占用空间了，有兴趣可以去java.util.Vector里面翻一翻。
public class Vector<E>
extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
protected Object[] elementData;
protected int elementCount;
public Vector() {
this(10);
}
public Vector(int initialCapacity, int capacityIncrement) {
super();
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
this.elementData = new Object[initialCapacity];
this.capacityIncrement = capacityIncrement;
}当然Vector也有一些自己的特点，随便拿几个方法来看看。他的方法中几乎都用到了synchronized关键字，开销会比较大，而且运行会比较慢。
public synchronized void copyInto(Object[] anArray) {
System.arraycopy(elementData, 0, anArray, 0, elementCount);
}
public synchronized void setSize(int newSize) {
}
public synchronized int capacity() {
return elementData.length;
}
//数组个数
public synchronized int size() {
return elementCount;
}
//获取元素
public Enumeration<E> elements() {
return new Enumeration<E>() {
int count = 0;
public boolean hasMoreElements() {
return count < elementCount;
}
public E nextElement() {
synchronized (Vector.this) {
if (count < elementCount) {
return elementData(count++);
}
}
throw new NoSuchElementException("Vector Enumeration");
}
};
}3、LinkedList
是一个双链表，在add和remove时比ArrayList性能好，但get和set时就特别慢了。
恶补下：
双向链表，链表的一种。每个数据结点中都有两个指针，分别指向直接前驱和直接后继。因此，我们可以方便的访问他的前驱结点和后继结点。
下图是一个双向链表的图，element为元素，pre指向直接前驱（前一个 元素），next指向直接后继（后一个元素）。而LinkedList还不只是双向链表，他是双向循环链表。也就是第一个pre指针指向最后一个节点，最后一个节点的next指针指向第一个节点，形成一个环路，而不是下图中的Null。
下面来看下代码
public class LinkedList<E>
extends AbstractSequentialList<E>
implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable{
//元素个数
transient int size = 0;
//相当于pre指针
transient Node<E> first;
//相当于next指针
transient Node<E> last;
//Node内部类（双链表结构）
private static class Node<E> {
E item;
Node<E> next;
Node<E> prev;
Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}
......
}Tips:
Deque，他是双端队列的接口，支持在两端插入和移除元素。
public interface Deque extends Queue {}
那么如何进行操作呢？这里以在中间位置添加元素为例。
代码实现如下
//在指定位置添加元素
public void add(int index, E element) {
//检查索引是否有效
checkPositionIndex(index);
//索引值等于集合大小，直接添加在末尾
if (index == size)
linkLast(element);
else
linkBefore(element, node(index));
}
//返回索引处的非空Node
Node<E> node(int index) {
// assert isElementIndex(index);
//如果在链表的前半段
if (index < (size >> 1)) {
Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else {
//后半段
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}
//中间插入元素（核心方法！！！！）
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
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++;
}
对于性能这块，在大数据量重复试验下得出的结论才比较有说服力，小编就随手贴上自己的测试结果，有兴趣看看就可以了。
测试代码差不多都是这样子的……
ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
LinkedList<Integer> linkedList = new LinkedList<Integer>();
// add操作
int count = 100000;
System.out.println("ArrayList--add()-------------------");
long startTime = System.nanoTime();
for (int i = 0; i < count; i++) {
arrayList.add(i);
}
long endTime = System.nanoTime();
System.out.println(endTime - startTime + "--------");
System.out.println("LinkedList--add()-------------------");
startTime = System.nanoTime();
for (int i = 0; i < count; i++) {
linkedList.add(i);
}
endTime = System.nanoTime();
System.out.println(endTime - startTime + "--------");循环1W次
循环10W次
循环100W次
等一下……
等一下……
再等一下……
出去接杯水……
结果还是这个样子，直接给个图吧，LinkedList还没get出来(⊙﹏⊙)b
嗯……这篇差不多了，over
