java源码分析之集合框架 ArrayList和LinkedList的区别05

时间:2021-02-14 19:34:56

List概括
先来回顾一下List在Collection中的的框架图:
java源码分析之集合框架 ArrayList和LinkedList的区别05

从图中我们可以看出:
(1). List是一个接口,它继承与Collection接口,代表有序的队列。
(2).AbstractList是一个抽象类,它继承于AbstractCollection。AbstractList实现了List接口中全部方法。AbstractList相比AbstractCollection和List多了一个removeRange(int fromIndex, int toIndex) 方法
(3). AbstractList继承于AbstractCollection,但方法多于AbstractCollection:

add(int index, E element) 
addAll(int index, Collection<? extends E> c)
get(int index)
int indexOf(Object o)
lastIndexOf(Object o)
listIterator()
ListIterator<E> listIterator(int index)

(4).AbstractSequentialList是一个抽象类,它继承与AbstrctList。AbstractSequentialList实现了“链表中,根据index索引值操作链表的全部方法”。
(5).ArrayList、LinkedList、Vector和Stack是List的四个实现类,其中Vector是基于JDK1.0,虽然实现了同步,但是效率低,已经不用了,Stack继承与Vector,所以不再赘述。
(6). ArrayList 这个分支主要实现“随机访问”数据存储(如数组),LinkedList这分支主要是实现“连续访问”数据存储(如链接列表),是个双向链表,它同样可以被当作栈、队列或双端队列来使用。

abstractList
1.此类提供 List 接口的骨干实现,以最大限度地减少实现“随机访问”数据存储(如数组)支持的该接口所需的工作。对于连续的访问数据(如链表),应优先使用 AbstractSequentialList,而不是此类

2.要实现不可修改的列表,编程人员只需扩展此类,并提供 get(int) 和 size() 方法的实现。

3.要实现可修改的列表,编程人员必须另外重写 set(int, E) 方法(否则将抛出 UnsupportedOperationException)。如果列表为可变大小,则编程人员必须另外重写 add(int, E) 和 remove(int) 方法。

4.按照 Collection 接口规范中的建议,编程人员通常应该提供一个 void(无参数)和 collection 构造方法。

5.与其他抽象 collection 实现不同,编程人员不必 提供迭代器实现;迭代器和列表迭代器由此类在以下“随机访问”方法上实现:get(int)、set(int, E)、add(int, E) 和 remove(int)。

AbstractSquentialList<E>
1.此类提供了 List 接口的骨干实现,从而最大限度地减少了实现受“连续访问”数据存储(如链接列表)支持的此接口所需的工作。对于随机访问数据(如数组),应该优先使用 AbstractList,而不是先使用此类。

2.从某种意义上说,此类与在列表的列表迭代器上实现“随机访问”方法(get(int index)、set(int index, E element)、add(int index, E element) 和 remove(int index))的 AbstractList 类相对立,而不是其他关系。

3.要实现一个列表,程序员只需要扩展此类,并提供 listIteratorsize 方法的实现即可。对于不可修改的列表,程序员只需要实现列表迭代器的 hasNext、next、hasPrevious、previous 和 index 方法即可。

4.对于可修改的列表,程序员应该再另外实现列表迭代器的 set 方法。对于可变大小的列表,程序员应该再另外实现列表迭代器的 remove 和 add 方法。

5.按照 Collection 接口规范中的推荐,程序员通常应该提供一个 void(无参数)构造方法和 collection 构造方法。

ArrayList和LinkedList区别
我们知道,通常情况下,ArrayList和LinkedList的区别有以下几点:
1. ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构,而LinkedList是基于链表的数据结构;
2. 对于随机访问 get和set,ArrayList要于LinkedList,这个结果我们在上一节已经验证LinkedList的随机访问超级慢。
3.中间插入和移除,linkedList 优于ArrayList .
3. 对于向中间(index)添加和删除操作add和remove,对于中间添加或删除,LinkedList和ArrayList并不能明确说明谁快谁慢,下面会详细分析。

我们结合之前分析的源码,来看看为什么是这样的:

ArrayList中的随机访问、添加和删除部分源码如下:

//获取index位置的元素值 
public E get(int index) {
rangeCheck(index); //首先判断index的范围是否合法

return elementData(index);
}

//将index位置的值设为element,并返回原来的值
public E set(int index, E element) {
rangeCheck(index);

E oldValue = elementData(index);
elementData[index] = element;
return oldValue;
}

//将element添加到ArrayList的指定位置
public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index);

ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
//将index以及index之后的数据复制到index+1的位置往后,即从index开始向后挪了一位
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
elementData[index] = element; //然后在index处插入element
size++;
}

//删除ArrayList指定位置的元素
public E remove(int index) {
rangeCheck(index);

modCount++;
E oldValue = elementData(index);

int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
//向左挪一位,index位置原来的数据已经被覆盖了
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
//多出来的最后一位删掉
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work

return oldValue;
}

LinkedList中的随机访问、添加和删除部分源码如下:

//获得第index个节点的值 
public E get(int index) {
checkElementIndex(index);
return node(index).item;
}

//设置第index元素的值
public E set(int index, E element) {
checkElementIndex(index);
Node<E> x = node(index);
E oldVal = x.item;
x.item = element;
return oldVal;
}

//在index个节点之前添加新的节点
public void add(int index, E element) {
checkPositionIndex(index);

if (index == size)
linkLast(element);
else
linkBefore(element, node(index));
}

//删除第index个节点
public E remove(int index) {
checkElementIndex(index);
return unlink(node(index));
}

//定位index处的节点
Node<E> node(int index) {
// assert isElementIndex(index);
//index<size/2时,从头开始找
if (index < (size >> 1)) {
Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else { //index>=size/2时,从尾开始找
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}

从源码可以看出,ArrayList想要get(int index)元素时,直接返回index位置上的元素,而LinkedList需要通过for循环进行查找,虽然LinkedList已经在查找方法上做了优化,比如index < size / 2,则从左边开始查找,反之从右边开始查找,但是还是比ArrayList(随机查找)要慢。这点是毋庸置疑的。

ArrayList想要在指定位置插入或删除元素时,主要耗时的是System.arraycopy动作,会移动index后面所有的元素;LinkedList主耗时的是要先通过for循环找到index,然后直接插入或删除。这就导致了两者并非一定谁快谁慢,下面通过一个测试程序来测试一下两者插入的速度:

import java.util.ArrayList;    
import java.util.Collections;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
/*
* @description 测试ArrayList和LinkedList插入的效率
* @eson_15
*/

public class ArrayOrLinked {
static List<Integer> array=new ArrayList<Integer>();
static List<Integer> linked=new LinkedList<Integer>();

public static void main(String[] args) {

//首先分别给两者插入10000条数据
for(int i=0;i<10000;i++){
array.add(i);
linked.add(i);
}
//获得两者随机访问的时间
System.out.println("array time:"+getTime(array));
System.out.println("linked time:"+getTime(linked));
//获得两者插入数据的时间
System.out.println("array insert time:"+insertTime(array));
System.out.println("linked insert time:"+insertTime(linked));

}
public static long getTime(List<Integer> list){
long time=System.currentTimeMillis();
for(int i = 0; i < 10000; i++){
int index = Collections.binarySearch(list, list.get(i));
if(index != i){
System.out.println("ERROR!");
}
}
return System.currentTimeMillis()-time;
}

//插入数据
public static long insertTime(List<Integer> list){
/*
* 插入的数据量和插入的位置是决定两者性能的主要方面,
* 我们可以通过修改这两个数据,来测试两者的性能
*/

long num = 10000; //表示要插入的数据量
int index = 1000; //表示从哪个位置插入
long time=System.currentTimeMillis();
for(int i = 1; i < num; i++){
list.add(index, i);
}
return System.currentTimeMillis()-time;

}

}

主要有两个因素决定他们的效率,插入的数据量和插入的位置。我们可以在程序里改变这两个因素来测试它们的效率。

当数据量较小时,测试程序中,大约小于30的时候,两者效率差不多,没有显著区别;当数据量较大时,大约在容量的1/10处开始,LinkedList的效率就开始没有ArrayList效率高了,特别到一半以及后半的位置插入时,LinkedList效率明显要低于ArrayList,而且数据量越大,越明显。比如测试了一种情况,在index=1000的位置(容量的1/10)插入10000条数据和在index=5000的位置以及在index=9000的位置插入10000条数据的运行时间如下:

在index=1000出插入结果:  
array time:4
linked time:240
array insert time:20
linked insert time:18

在index=5000处插入结果:
array time:4
linked time:229
array insert time:13
linked insert time:90

在index=9000处插入结果:
array time:4
linked time:237
array insert time:7
linked insert time:92

从运行结果看,LinkedList的效率是越来越差。

所以当插入的数据量很小时,两者区别不太大,当插入的数据量大时,大约在容量的1/10之前,LinkedList会优于ArrayList,在其后就劣与ArrayList,且越靠近后面越差。所以个人觉得,一般首选用ArrayList,由于LinkedList可以实现栈、队列以及双端队列等数据结构,所以当特定需要时候,使用LinkedList,当然咯,数据量小的时候,两者差不多,视具体情况去选择使用;当数据量大的时候,如果只需要在靠前的部分插入或删除数据,那也可以选用LinkedList,反之选择ArrayList反而效率更高。