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Java提高篇(三二)—–List总结

前面LZ已经充分介绍了有关于List接口的大部分知识,如ArrayList、LinkedList、Vector、Stack,通过这几个知识点可以对List接口有了比较深的了解了。只有通过归纳总结的知识才是你的知识。所以下面LZ就List接口做一个总结。推荐阅读:

java提高篇(二一)—–ArrayList

java提高篇(二二)—–LinkedList

java提高篇(二九)—–Vector

Java提高篇(三一)—–Stack

一、List接口概述

List接口,成为有序的Collection也就是序列。该接口可以对列表中的每一个元素的插入位置进行精确的控制,同时用户可以根据元素的整数索引(在列表中的位置)访问元素,并搜索列表中的元素。 下图是List接口的框架图:

20140712000001

通过上面的框架图,可以对List的结构了然于心,其各个类、接口如下:

Collection:Collection 层次结构 中的根接口。它表示一组对象,这些对象也称为 collection 的元素。对于Collection而言,它不提供任何直接的实现,所有的实现全部由它的子类负责。

AbstractCollection:提供 Collection 接口的骨干实现,以最大限度地减少了实现此接口所需的工作。对于我们而言要实现一个不可修改的 collection,只需扩展此类,并提供 iterator 和 size 方法的实现。但要实现可修改的 collection,就必须另外重写此类的 add 方法(否则,会抛出 UnsupportedOperationException),iterator 方法返回的迭代器还必须另外实现其 remove 方法。

Iterator:迭代器。

ListIterator:系列表迭代器,允许程序员按任一方向遍历列表、迭代期间修改列表,并获得迭代器在列表中的当前位置。

List:继承于Collection的接口。它代表着有序的队列。

AbstractList: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。

Queue:队列。提供队列基本的插入、获取、检查操作。

Deque:一个线性 collection,支持在两端插入和移除元素。大多数 Deque 实现对于它们能够包含的元素数没有固定限制,但此接口既支持有容量限制的双端队列,也支持没有固定大小限制的双端队列。

AbstractSequentialList: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。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。

LinkedList:List 接口的链接列表实现。它实现所有可选的列表操作。

ArrayList:List 接口的大小可变数组的实现。它实现了所有可选列表操作,并允许包括 null 在内的所有元素。除了实现 List 接口外,此类还提供一些方法来操作内部用来存储列表的数组的大小。

Vector:实现可增长的对象数组。与数组一样,它包含可以使用整数索引进行访问的组件。

Stack:后进先出(LIFO)的对象堆栈。它通过五个操作对类 Vector 进行了扩展 ,允许将向量视为堆栈。

Enumeration:枚举,实现了该接口的对象,它生成一系列元素,一次生成一个。连续调用 nextElement 方法将返回一系列的连续元素。

  20140712000002

二、使用场景

学习知识的根本目的就是使用它。每个知识点都有它的使用范围。集合也是如此,在Java中集合的家族非常庞大,每个成员都有最适合的使用场景。在刚刚接触List时,LZ就说过如果涉及到“栈”、“队列”、“链表”等操作,请优先考虑用List。至于是那个List则分如下:

1、对于需要快速插入、删除元素,则需使用LinkedList。

2、对于需要快速访问元素,则需使用ArrayList。

3、对于“单线程环境”或者“多线程环境,但是List仅被一个线程操作”,需要考虑使用非同步的类,如果是“多线程环境,切List可能同时被多个线程操作”,考虑使用同步的类(如Vector)。

2.1ArrayList、LinkedList性能分析

在List中我们使用最普遍的就是LinkedList和ArrayList,同时我们也了解了他们两者之间的使用场景和区别。

public class ListTest {
    private static final int COUNT = 100000;
    
    private static ArrayList arrayList = new ArrayList<>();
    private static LinkedList linkedList = new LinkedList<>();
    private static Vector vector = new Vector<>();
    
    public static void insertToList(List list){
        long startTime = System.currentTimeMillis();

        for(int i = 0 ; i < COUNT ; i++){
            list.add(0,i);
        }
        
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("插入 " + COUNT + "元素" + getName(list) + "花费 " + (endTime - startTime) + " 毫秒");
    }
    
    public static void deleteFromList(List list){
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        
        for(int i = 0 ; i < COUNT ; i++){
            list.remove(0);
        }
        
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("删除" + COUNT + "元素" + getName(list) + "花费 " + (endTime - startTime) + " 毫秒");
    }
    
    public static void readList(List list){
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        
        for(int i = 0 ; i < COUNT ; i++){
            list.get(i);
        }
        
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("读取" + COUNT + "元素" + getName(list) + "花费 " + (endTime - startTime) + " 毫秒");
    }

    private static String getName(List list) {
        String name = "";
        if(list instanceof ArrayList){
            name = "ArrayList";
        }
        else if(list instanceof LinkedList){
            name = "LinkedList";
        }
        else if(list instanceof Vector){
            name = "Vector";
        }
        return name;
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        insertToList(arrayList);
        insertToList(linkedList);
        insertToList(vector);
        
        System.out.println("--------------------------------------");
        
        readList(arrayList);
        readList(linkedList);
        readList(vector);
        
        System.out.println("--------------------------------------");
        
        deleteFromList(arrayList);
        deleteFromList(linkedList);
        deleteFromList(vector);
    }
}

运行结果:

插入 100000元素ArrayList花费 3900 毫秒
插入 100000元素LinkedList花费 15 毫秒
插入 100000元素Vector花费 3933 毫秒
--------------------------------------
读取100000元素ArrayList花费 0 毫秒
读取100000元素LinkedList花费 8877 毫秒
读取100000元素Vector花费 16 毫秒
--------------------------------------
删除100000元素ArrayList花费 4618 毫秒
删除100000元素LinkedList花费 16 毫秒
删除100000元素Vector花费 4759 毫秒

从上面的运行结果我们可以清晰的看出ArrayList、LinkedList、Vector增加、删除、遍历的效率问题。下面我就插入方法add(int index, E element),delete、get方法各位如有兴趣可以研究研究。

首先我们先看三者之间的源码:

ArrayList

public void add(int index, E element) {
        rangeCheckForAdd(index);   //检查是否index是否合法

        ensureCapacityInternal(size + 1);  //扩容操作
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index);    //数组拷贝
        elementData[index] = element;   //插入
        size++;
    }

rangeCheckForAdd、ensureCapacityInternal两个方法没有什么影响,真正产生影响的是System.arraycopy方法,该方法是个JNI函数,是在JVM中实现的。声明如下:

public static native void arraycopy(Object src, int srcPos, Object dest, int destPos, int length);

目前LZ无法看到源码,具体的实现不是很清楚,不过System.arraycopy源码分析对其进行了比较清晰的分析。但事实上我们只需要了解该方法会移动index后面的所有元素即可,这就意味着ArrayList的add(int index, E element)方法会引起index位置之后所有元素的改变,这真是牵一处而动全身。

LinkedList 

public void add(int index, E element) {
        checkPositionIndex(index);

        if (index == size)     //插入位置在末尾
            linkLast(element);
        else                   
            linkBefore(element, node(index));
    }

该方法比较简单,插入位置在末尾则调用linkLast方法,否则调用linkBefore方法,其实linkLast、linkBefore都是非常简单的实现,就是在index位置插入元素,至于index具体为知则有node方法来解决,同时node对index位置检索还有一个加速作用,如下:

Node<E> node(int index) {
        if (index < (size >> 1)) {    //如果index 小于 size/2 则从头开始查找
            Node<E> x = first;
            for (int i = 0; i < index; i++)
                x = x.next;
            return x;
        } else {   //如果index 大于 size/2 则从尾部开始查找
            Node<E> x = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--)
                x = x.prev;
            return x;
        }
    }

所以linkedList的插入动作比ArrayList动作快就在于两个方面。1:linkedList不需要执行元素拷贝动作,没有牵一发而动全身的大动作。2:查找插入位置有加速动作即:若index < 双向链表长度的1/2,则从前向后查找; 否则,从后向前查找。

Vector

Vector的实现机制和ArrayList一样,同样是使用动态数组来实现的,所以他们两者之间的效率差不多,add的源码也一样,如下:

public void add(int index, E element) {
        insertElementAt(element, index);
    }
    
    public synchronized void insertElementAt(E obj, int index) {
        modCount++;
        if (index > elementCount) {
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index
                                                     + " > " + elementCount);
        }
        ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, elementCount - index);
        elementData[index] = obj;
        elementCount++;
    }

上面是针对ArrayList、LinkedList、Vector三者之间的add(int index,E element)方法的解释,解释了LinkedList的插入动作要比ArrayList、Vector的插入动作效率为什么要高出这么多!至于delete、get两个方法LZ就不多解释了。

同时LZ在写上面那个例子时发现了一个非常有趣的现象,就是linkedList在某些时候执行add方法时比ArrayList方法会更慢!至于在什么情况?为什么会慢LZ下篇博客解释,当然不知道这个情况各位是否也遇到过??

2.2、Vector和ArrayList的区别

20140712000003

四、更多

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  1. 说线程LinkedList线程安全是有问题的,最起码JDK1.6是线程不安全的

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