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ArrayList與linkedList的用法區(qū)別及擴(kuò)容方式

 更新時(shí)間:2023年03月13日 14:38:58   作者:ouseika  
這篇文章主要介紹了ArrayList與linkedList的用法區(qū)別及擴(kuò)容方式,具有很好的參考價(jià)值,希望對(duì)大家有所幫助。如有錯(cuò)誤或未考慮完全的地方,望不吝賜教

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(shí)間復(fù)雜度是O(1),但是要?jiǎng)h除數(shù)據(jù)卻是開銷很大,因?yàn)檫@需要重排數(shù)組中的所有數(shù)據(jù), (因?yàn)閯h除數(shù)據(jù)以后, 需要把后面所有的數(shù)據(jù)前移)

缺點(diǎn): 數(shù)組初始化必須指定初始化的長(zhǎng)度, 否則報(bào)錯(cuò)

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(zhǎng)度:4,索引范圍:[0,3]

2. List

List—是一個(gè)有序的集合,可以包含重復(fù)的元素,提供了按索引訪問(wèn)的方式,它繼承Collection。

List有兩個(gè)重要的實(shí)現(xiàn)類:ArrayList和LinkedList

List是一個(gè)接口,不可以實(shí)例化, 不能寫成如下:

List<Integer>?list?=?new?List<Integer>();//錯(cuò)誤

類繼承關(guān)系

3. ArrayList

  • ArrayList: 可以看作是能夠自動(dòng)增長(zhǎng)容量的數(shù)組
  • ArrayList的toArray方法返回一個(gè)數(shù)組
  • ArrayList的asList方法返回一個(gè)列表

ArrayList底層的實(shí)現(xiàn)是Array, 數(shù)組擴(kuò)容實(shí)現(xiàn)

  • 新增數(shù)據(jù)空間判斷
  • 新增數(shù)據(jù)的時(shí)候需要判斷當(dāng)前是否有空閑空間存儲(chǔ)
  • 擴(kuò)容需要申請(qǐng)新的連續(xù)空間
  • 把老的數(shù)組復(fù)制過(guò)去
  • 新加的內(nèi)容
  • 回收老的數(shù)組空間

4. 使用數(shù)組長(zhǎng)度分配空間性能對(duì)比

注意: 長(zhǎng)度盡量使用2的冪作為長(zhǎng)度, 計(jì)算機(jī)分配空間大都使用次冪去分配, 減少碎片空間

我們下來(lái)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(shí)候指定長(zhǎng)度肯定是要比不指定長(zhǎng)度的性能好很多, 這樣不用重復(fù)的申請(qǐng)空間, 復(fù)制數(shù)組, 銷毀老的分配空間了

5. LinkList

LinkList是一個(gè)雙鏈表,在添加和刪除元素時(shí)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(duì)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(duì)比

時(shí)間復(fù)雜度

操作數(shù)組鏈表
隨機(jī)訪問(wèn)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(shí)間復(fù)雜度都是O(N), 但是數(shù)組要比鏈表快
  • 因?yàn)閿?shù)組的連續(xù)內(nèi)存, 會(huì)有一部分或者全部數(shù)據(jù)一起進(jìn)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(dòng)態(tài)存儲(chǔ), 動(dòng)態(tài)添加, 內(nèi)存為一連續(xù)的地址, 可隨機(jī)訪問(wèn), 查詢速度快
  • 鏈表代銷可變, 擴(kuò)展性強(qiáng), 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(zhǎng)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(zhǎng)度
    private int size;

7.2 ArrayList的構(gòu)造函數(shù)

// 構(gòu)造一個(gè)初始化容量為10的空列表
public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
// 初始化一個(gè)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(gè)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(kuò)容機(jī)制

ArrayList擴(kuò)容的核心從ensureCapacityInternal方法說(shuō)起。可以看到前面介紹成員變量的提到的ArrayList有兩個(gè)默認(rèn)的空數(shù)組:

  • DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA:是用來(lái)使用默認(rèn)構(gòu)造方法時(shí)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(kuò)容長(zhǎng)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(shí)候如果你指定初始容量為0的時(shí)候就會(huì)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(lái)的值傳入下一個(gè)方法去完成下一步的擴(kuò)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(kuò)容
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
    }

下面談?wù)別nsureExplicitCapacity方法(modCount設(shè)計(jì)到Java的快速報(bào)錯(cuò)機(jī)制后面會(huì)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(zhǎng)度那么就需要調(diào)用grow進(jìn)行擴(kuò)容,反之則不需要。

//判斷當(dāng)前ArrayList是否需要進(jìn)行擴(kuò)容
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
  modCount++;
 
  // overflow-conscious code
  // int[] a = new int[5]; 數(shù)組創(chuàng)建的時(shí)候是多大, a.length就等于5
  if (minCapacity - elementData.length > 0)
    grow(minCapacity);
}

最后看下ArrayList擴(kuò)容的核心方法grow(),下面將針對(duì)三種情況對(duì)該方法進(jìn)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(shí)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(huì)從0擴(kuò)容成10。而后的數(shù)組擴(kuò)容才是按照當(dāng)前容量的1.5倍進(jìn)行擴(kuò)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(shí)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(huì)從0變成1。這邊可以看到一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)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(kuò)容每次都 +1,在第5次添加數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)容的時(shí)候才是按照當(dāng)前容量的1.5倍進(jìn)行擴(kuò)容。
  • 當(dāng)擴(kuò)容量(newCapacity)大于ArrayList數(shù)組定義的最大值后會(huì)調(diào)用hugeCapacity來(lái)進(jìn)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(gè)人經(jīng)驗(yàn),希望能給大家一個(gè)參考,也希望大家多多支持腳本之家。

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