ArrayList與linkedList的用法區(qū)別及擴容方式
1. Array
Array(數(shù)組)是基于索引(index)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),它使用索引在數(shù)組中搜索和讀取數(shù)據(jù)是很快的。
Array獲取數(shù)據(jù)的時間復(fù)雜度是O(1),但是要刪除數(shù)據(jù)卻是開銷很大,因為這需要重排數(shù)組中的所有數(shù)據(jù), (因為刪除數(shù)據(jù)以后, 需要把后面所有的數(shù)據(jù)前移)
缺點: 數(shù)組初始化必須指定初始化的長度, 否則報錯
例如:
int[] a = new int[4];//推介使用int[] 這種方式初始化
int c[] = {23,43,56,78};//長度:4,索引范圍:[0,3]2. List
List—是一個有序的集合,可以包含重復(fù)的元素,提供了按索引訪問的方式,它繼承Collection。
List有兩個重要的實現(xiàn)類:ArrayList和LinkedList
List是一個接口,不可以實例化, 不能寫成如下:
List<Integer>?list?=?new?List<Integer>();//錯誤
類繼承關(guān)系

3. ArrayList
- ArrayList: 可以看作是能夠自動增長容量的數(shù)組
- ArrayList的toArray方法返回一個數(shù)組
- ArrayList的asList方法返回一個列表
ArrayList底層的實現(xiàn)是Array, 數(shù)組擴容實現(xiàn)

- 新增數(shù)據(jù)空間判斷
- 新增數(shù)據(jù)的時候需要判斷當(dāng)前是否有空閑空間存儲
- 擴容需要申請新的連續(xù)空間
- 把老的數(shù)組復(fù)制過去
- 新加的內(nèi)容
- 回收老的數(shù)組空間
4. 使用數(shù)組長度分配空間性能對比
注意: 長度盡量使用2的冪作為長度, 計算機分配空間大都使用次冪去分配, 減少碎片空間
我們下來看一下代碼:
package javatest;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
/**
* @ClassName Jtest
* @Description TODO
* @Author lingxiangxiang
* @Date 4:54 PM
* @Version 1.0
**/
public class Jtest {
public static int length = 1048576; //10的20次冪
public static List<Integer> list1 = new ArrayList<>();
public static List<Integer> list2 = new ArrayList<>(length);
public static void addList(int sign) {
long start = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < length; i++) {
if (sign == 0) {
list1.add(sign);
} else {
list2.add(sign);
}
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println(sign + " exec time is: " + (end - start));
}
public static void main(String[] args) {
addList(0);
addList(1);
}
}執(zhí)行結(jié)果:
0 exec time is: 25
1 exec time is: 17
ArrayList在初始化的時候指定長度肯定是要比不指定長度的性能好很多, 這樣不用重復(fù)的申請空間, 復(fù)制數(shù)組, 銷毀老的分配空間了
5. LinkList
LinkList是一個雙鏈表,在添加和刪除元素時具有比ArrayList更好的性能.
但在get與set方面弱于ArrayList.當(dāng)然,這些對比都是指數(shù)據(jù)量很大或者操作很頻繁。

鏈表不需要連續(xù)的空間, 大小不確定
6. 對比
時間復(fù)雜度
| 操作 | 數(shù)組 | 鏈表 |
|---|---|---|
| 隨機訪問 | O(1) | O(N) |
| 頭部插入 | O(N) | O(1) |
| 頭部刪除 | O(N) | O(1) |
| 尾部插入 | O(1) | O(1) |
| 尾部刪除 | O(1) | O(1) |
小結(jié)
- 同樣查找, 時間復(fù)雜度都是O(N), 但是數(shù)組要比鏈表快
- 因為數(shù)組的連續(xù)內(nèi)存, 會有一部分或者全部數(shù)據(jù)一起進入到CPU緩存, 而鏈表還需要在去內(nèi)存中根據(jù)上下游標(biāo)查找, CPU緩存比內(nèi)存塊太多
- 數(shù)據(jù)大小固定, 不適合動態(tài)存儲, 動態(tài)添加, 內(nèi)存為一連續(xù)的地址, 可隨機訪問, 查詢速度快
- 鏈表代銷可變, 擴展性強, 只能順著指針的方向查詢, 速度較慢
7. ArrayList的源碼分析
7.1 ArrayList的主要成員變量
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
// ArrayList的默認(rèn)長度是多少
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// ArrayList的默認(rèn)空元素鏈表
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// ArrayList存放的數(shù)據(jù)
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
// ArrayList的長度
private int size;7.2 ArrayList的構(gòu)造函數(shù)
// 構(gòu)造一個初始化容量為10的空列表
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
// 初始化一個指定大小容量的列表
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}
// 構(gòu)造一個包含指定集合的元素列表, 按照它們由集合迭代器返回的順序
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
elementData = c.toArray();
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 {
// replace with empty array.
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}7.3 擴容機制
ArrayList擴容的核心從ensureCapacityInternal方法說起??梢钥吹角懊娼榻B成員變量的提到的ArrayList有兩個默認(rèn)的空數(shù)組:
DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA:是用來使用默認(rèn)構(gòu)造方法時候返回的空數(shù)組。如果第一次添加數(shù)據(jù)的話那么數(shù)組擴容長度為DEFAULT_CAPACITY=10。EMPTY_ELEMENTDATA:出現(xiàn)在需要用到空數(shù)組的地方,其中一處就是使用自定義初始容量構(gòu)造方法時候如果你指定初始容量為0的時候就會返回。
// 增加元素的方法
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
//判斷當(dāng)前數(shù)組是否是默認(rèn)構(gòu)造方法生成的空數(shù)組,如果是的話minCapacity=10反之則根據(jù)原來的值傳入下一個方法去完成下一步的擴容判斷
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
return minCapacity;
}
//minCapacitt表示修改后的數(shù)組容量,minCapacity = size + 1
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
//判斷看看是否需要擴容
ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}下面談?wù)別nsureExplicitCapacity方法(modCount設(shè)計到Java的快速報錯機制后面會談到),可以看到如果修改后的數(shù)組容量大于當(dāng)前的數(shù)組長度那么就需要調(diào)用grow進行擴容,反之則不需要。
//判斷當(dāng)前ArrayList是否需要進行擴容
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
// int[] a = new int[5]; 數(shù)組創(chuàng)建的時候是多大, a.length就等于5
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}最后看下ArrayList擴容的核心方法grow(),下面將針對三種情況對該方法進行解析:
- 當(dāng)前數(shù)組是由默認(rèn)構(gòu)造方法生成的空數(shù)組并且第一次添加數(shù)據(jù)。此時minCapacity等于默認(rèn)的容量(10)那么根據(jù)下面邏輯可以看到最后數(shù)組的容量會從0擴容成10。而后的數(shù)組擴容才是按照當(dāng)前容量的1.5倍進行擴容;
- 當(dāng)前數(shù)組是由自定義初始容量構(gòu)造方法創(chuàng)建并且指定初始容量為0。此時minCapacity等于1那么根據(jù)下面邏輯可以看到最后數(shù)組的容量會從0變成1。這邊可以看到一個嚴(yán)重的問題,一旦我們執(zhí)行了初始容量為0,那么根據(jù)下面的算法前四次擴容每次都 +1,在第5次添加數(shù)據(jù)進行擴容的時候才是按照當(dāng)前容量的1.5倍進行擴容。
- 當(dāng)擴容量(newCapacity)大于ArrayList數(shù)組定義的最大值后會調(diào)用hugeCapacity來進行判斷。如果minCapacity已經(jīng)大于Integer的最大值(溢出為負(fù)數(shù))那么拋出OutOfMemoryError(內(nèi)存溢出)否則的話根據(jù)與MAX_ARRAY_SIZE的比較情況確定是返回Integer最大值還是MAX_ARRAY_SIZE。這邊也可以看到ArrayList允許的最大容量就是Integer的最大值(-2的31次方~2的31次方減1)
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);
}總結(jié)
以上為個人經(jīng)驗,希望能給大家一個參考,也希望大家多多支持腳本之家。
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