程序猿的日常——Java中的集合列表
列表对于日常开发来说实在是太常见了，以至于很多开发者习惯性的用到数组，就来一个ArrayList，根本不做过多的思考。其实列表里面还是有很多玩法的，有时候玩不好，搞出来bug还得定位半天。所以这里就再啰嗦一下，整理下相关的内容。
基础知识
一般计算机相关的专业都应该学过数据结构，而很多的集合都是应用了经典的数据结构设计的。比如数组、栈、队列、链表、树等等，里面也会用到很多常见的查找或者排序算法，所以就先简单的回顾下。
数组
数组在c语言里面用的很广泛，刚开始学习的时候，整天的空指针和数组越界。后来使用java，开始使用一些集合框架，基本都不用担心这个问题了。
简单的说，数组就是内存中的一段连续的空间，它对于随机访问或者针对某个索引的修改特别快，因为直接可以根据下标索引访问。不过针对于在指定位置插入节点或者删除指定位置的元素，会很慢，因为它会导致后面所有的元素都要移动一次空间。
栈
栈是一种先进后出，或者叫做后进先出的数据结构。比如我们在做数学公式计算的时候，就可以用栈保存，并进行相关的计算。另外，在java中栈的应用也很广，比如程序栈就是通过栈的方式存储的。
public void a(){ b();}
public void b(){ c();}
public void c(){}
那么在代码执行的时候，程序栈里面会记录:
a,b,c
这也是为什么一个方法出错，错误堆栈会打印出一大串的类名和方法名。如果了解这个知识点，对于看懂错误日志就很轻松了。
队列
队列一般都是特定的业务场景才需要使用，比如某个网站的排队功能或者是一些叫号功能，都是队列的机制。
链表
链表有很多种，有单向链表、双向链表、循环链表...每个都有不同的使用场景。在java中有一些复杂的集合类，就用到了链表，比如HashMap、HashTable、LinkedList等等,这个后面慢慢再说。
Java中的列表
ArrayList
这个是日常开发应用最广泛的List集合类了，如果不是有特殊要求，基本上这个类就能满足大部分的需求。不过它还是有很多需要注意的点，比如：
- 非线程安全
- 自动扩容
- 适合场景
非线程安全
这个在javadoc上很明显的强调过，如果想要线程安全，可以使用Collections.synchronizedList进行包装，这个synchronizedList其实就是外面套了一层方法，具体的可以参考下面的简约代码:
static class SynchronizedList<E> ... {
final Collection<E> c;
final Object mutex;
public boolean add(E e) {
synchronized (mutex) {return c.add(e);}
}
...
}
看到这里应该就了解它的线程安全方法了。
另外也可以使用Vector代替ArrayList，Vector是在方法上做的同步，相对来说要比上面更乐观一点。
最后还有一些高级的集合，比如CopyOnWriteArrayList，这个就更乐观了，之后再详细说。
自动扩容
在添加元素的时候，list会检查当前的容量是否已经满：
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
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);
}
大致的流程是：
- 先判断当前容量和插入后的容量大小
- 如果容量不够，则增加
当前容量*50%，即一半的大小 - 最后把数据增加到末尾
删除的时候，是直接移动删除位置以及后面的元素，然后把最后一个元素赋空:
public E remove(int index) {
rangeCheck(index);
modCount++;
E oldValue = elementData(index);
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,numMoved);
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
return oldValue;
}
modCount
很多的集合类都有一个modCount,在很多新增、修改、删除的方法中，都会对这个变量modCount++，他有什么作用？
因为很多集合都可以通过iterable来访问，这时候相当于list的快照，此时是不能修改列表元素的，不然会报错。这个modCount就是用来判断是否有修改的。
大概看下代码:
public Iterator<E> iterator() {
return new Itr();
}
private class Itr implements Iterator<E> {
...
int expectedModCount = modCount;
...
@SuppressWarnings("unchecked")
public E next() {
checkForComodification();
...
}
final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
适用的场景
因此，ArrayList适合大量随机读取和修改的场景，不太适合频繁删除和指定位置插入的场景。
LinkedList
LinkedList是基于链表的列表，因此具有删除节点新增节点很快的特性。可以简单看下它的内部结构：
public class LinkedList<E>
extends AbstractSequentialList<E>
implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable{
transient int size = 0;
transient Node<E> first;
transient Node<E> last;
...
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;
}
}
}
通过接口的声明，可以看出它的几个特性：
- 可以当作队列使用Deque,提供push,pop,offer,peek,poll等方法
- 支持序列化，内部使用transient修饰，自定义了序列化和反序列化的方法，节省空间
- 内部是一个静态内部类的Node节点
静态内部类和非静态内部类，有什么不同？1 静态内部类不需要外部的引用；非静态内部类需要。2 静态内部类只能访问外部类的静态成员，非静态内部类则没有限制。3 静态内部类可以独立创建，非静态内部类总不能。
它的新增和删除就是简单的列表操作了，没什么太要强调的：
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}
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++;
}
注意双向链表，在更新的时候是要考虑三个节点的关联关系的。
删除的时候比较复杂，如果直接删除某个对象，则是对比数值进行删除:
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (x.item == null) {
unlink(x);
return true;
}
}
} else {
for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
if (o.equals(x.item)) {
unlink(x);
return true;
}
}
}
return false;
}
如果是删除指定的位置，则需要判断改位置是离first最近，还是last最近，然后分别进行扫描:
public E remove(int index) {
checkElementIndex(index);
return unlink(node(index));
}
查询指定位置的元素:
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;
}
}
移除对应的元素:
E unlink(Node<E> x) {
// assert x != null;
final E element = x.item;
final Node<E> next = x.next;
final Node<E> prev = x.prev;
if (prev == null) {
first = next;
} else {
prev.next = next;
x.prev = null;
}
if (next == null) {
last = prev;
} else {
next.prev = prev;
x.next = null;
}
x.item = null;
size--;
modCount++;
return element;
}
Vector
Vector根ArrayList很像，只不过他是线程安全的
public synchronized boolean add(E e) {}
public synchronized boolean removeElement(Object obj) {}
...
并且扩容的时候，如果没有自己设置扩容的步长，就会扩大一倍
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;
int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ?
capacityIncrement : oldCapacity);
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
Stack
这个是继承于Vector的方法，提供了基本的堆栈功能。同时他也是线程安全的。
