java集合的實現細節--ArrayList和LinkedList

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　 ArrayList和LinkedList的實現差異 

　　List代表一種線性表的資料結構，ArrayList則是一種順序儲存的線性表，ArrayList底層採用動態數組的形式儲存每一個集合元素，LinkedList則是一種鏈式儲存的線性表，其本質上就是一個雙向鏈表，它不僅實現了List介面，還實現了Deque介面，Deque代表了一種雙端隊列，既具有隊列（FIFO）的特性，也具有棧（FILO）的特性，也就是說，LinkedList既可以當成雙向鏈表使用，也可以當成隊列使用，還可以當成棧來使用。

public class LinkedList<E>extends AbstractSequentialList<E>implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable

　　ArrayList底層採用一個elementData數組來儲存所有集合元素，因此ArrayList在插入元素時需要完成兩件事情：

　　①、儲存ArrayList底層封裝的數組長度大於集合元素的個數

　　②、將插入位置之後的所有數組元素“整體搬家”，向後移動一“格”

　　當刪除ArrayList集合中指定位置的元素時，程式也要進行“整體搬家”，而且還需要將被刪除索引處的數組元素賦值為null，下面是ArrayList集合的remove（int index）方法的原始碼。

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;    }

　　對於ArrayList集合而言，當程式向ArrayList中添加、刪除集合元素時，ArrayList底層都是需要對數組進行“整體搬家”，因此效能很差。

　　但如果程式調用get（int index）方法取出ArrayList集合中的元素時，效能和數組幾乎相同，效率非常快。下面是ArrayList集合的get（int index）方法的原始碼。

  E elementData(int index) {       return (E) elementData[index];  }       public E get(int index) {        rangeCheck(index);        return elementData(index);    }    

　　LinkedList本質上是一個雙向鏈表，因此它使用內部類來儲存每一個集合元素。

 private static class Node<E> {
　　　　　//集合元素        E item;
　　　　　//儲存指向下一個鏈表節點的引用        Node<E> next;
　　　　　//儲存指向上一個鏈表節點的引用        Node<E> prev;　　　　　//普通構造器        Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {            this.item = element;            this.next = next;            this.prev = prev;        }    }

　　從上面程式中的粗體字代碼可以看出，一個Node對象代表雙向鏈表的一個節點，該對象中的next變數指向下一個節點，previous子指向上一個節點。

　　由於LinkedList採用雙向鏈表來儲存集合元素，因此它在添加集合元素時，只要對鏈表進行插入即可。下面是LinkedList添加節點的源碼。

     public void add(int index, E element) {        checkPositionIndex(index);        if (index == size)            linkLast(element);        else            linkBefore(element, node(index));    }

　　從上面代碼看出，由於Linked本質上就是一個雙向鏈表，因此它非常方便的在指定節點之前插入新節點。

　　上面add（int index，E element）方法實現中用到了以下三個方法。

　　①、node（int index）：搜尋指定索引出的元素

　　②、linkLast（E e）：將e新節點插入到最後

　　③、linkBefore（E e，Node<E> succ）：在succ節點之前插入e新節點

　　node（int index）實際上就是get（int index）方法的底層實現。Linked必須逐個元素的搜尋，直到找到第index個元素為止。node（int index）採用二分法的方式進行尋找，以下是該方法的原始碼。

   Node<E> node(int index) {        // assert isElementIndex(index);　　　　 //如果index小於size/2        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;        }    }

　　上面的node（int index）方法就是逐個元素的找到index索引處的元素，只是由於LinkedList是一個雙向鏈表，因此程式先根據index的值判斷它離鏈表頭近還是離鏈表尾近，如果離鏈表頭近則從頭端開始搜尋，如果離鏈表尾近則從尾端開始搜素。

　　Linked的get（int index）方法只是對上面node（int index）方法的簡單封裝。get（int index）方法的原始碼如下。

    public E get(int index) {        checkElementIndex(index);        return node(index).item;    }

　　但單純的插入操作就比較簡單了，只要修改幾個節點裡面的previous、next引用的值即可。下面是linkedbefore（E e, Node<E> succ）方法的原始碼。

   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++;    }

　　如果只是單純的添加某個節點，那麼LinkedList的效能是非常好的，但如果需要向某個指定索引處添加節點，LinkedList必須先找到指定索引處的節點，這個搜尋過程的系統開銷並不小，因此LinkedList的add（int index，E e）方法的效能並不是特別好。如果只使用LinkedList的addFrist（E e）、addLast（E e）、offerFrist（E e）、offerLast（E e）、pollFrist（E e）、pollLast（E e）的話，效能是非常好的，因為可以避免搜尋過程。

　　類似的，LinkedList為了實現remove（int index）方法，也必須先通過node（int index）方法找到index索引處的節點，然後修改它前一個節點的next引用，以及後一個節點的previous引用，下面是該方法的原始碼。

    public E remove(int index) {        checkElementIndex(index);        return unlink(node(index));    }    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;    }

 　　綜上所述，ArrayList、LinkedList有各自適用的情境，大部分情況下，ArrayList的效能總是優於Linkedlist，因此絕大部分都應該考慮使用ArrayList集合。但如果程式荊楚需要添加、刪除元素，尤其是經常需要add（E e）方法向集合中添加元素，則應該考慮使用LinkedList集合了。

 

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