三种List：ArrayList，Vector，LinkedList
类继承关系图
ArrayList和Vector通过数组实现，几乎使用了相同的算法；区别是ArrayList不是线程安全的，Vector绝大多数方法做了线程同步。
LinkedList通过双向链表实现。
源代码分析
1、添加元素到列表尾端（Appends the specified element to the end of this list.）
ArrayList:当所需容量超过当前ArrayList的大小时，需要进行扩容，对性能有一定的影响。
优化策略：在能有效评估ArrayList数组初始值大小的情况下，指定其容量大小有助于性能提升，避免频繁的扩容。
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! 确保内部数组有足够的空间
elementData[size++] = e; //将元素放在数组尾部
return true;
}
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); //如果数组为空数组，取初始容量和minCapacity中的最大值，初始容量DEFAULT_CAPACITY = 10
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++; //被修改次数，iterator成员变量expectedModCount为创建时的modCount的值，用来判断list是否在迭代过程中被修改
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity); //如果所需容量大小大于数组的大小就进行扩展
}
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); //旧容量的1.5倍。二进制右移一位差不多相当于十进制除以2，对CPU来说，右移比除运算速度更快。如果oldCapacity为偶数，newCapacity为1.5*oldCapacity，否则为1.5*oldCapacity-1。
if (newCapacity - minCapacity < 0) //如果计算出的容量不够用，就使用minCapacity
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) //如果计算出的容量大于MAX_ARRAY_SIZE=Integer.MAX_VALUE-8，
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);//调用System.arraycopy方法复制数组
}
//判断是否大于数组最大值Integer.MAX_VALUE,疑问：设置MAX_ARRAY_SIZE=Integer.MAX_VALUE-8的意义是什么？
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
//
}
LinkedList：每次新增元素都需要new一个Node对象，并进行更多的赋值操作。在频繁的调用中，对性能会产生一定的影响。
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}
void linkLast(E e) {
final Node<E> l = last;
final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null); //每增加一个节点，都需要new一个Node
last = newNode;
if (l == null)
first = newNode;
else
l.next = newNode;
size++;
modCount++;
}
2、在列表任意位置添加元素
ArrayList：基于数组实现，数组需要一组连续的内存空间，如果在任意位置插入元素，那么该位置之后的元素需要重新排列，效率低。
public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index);//检查索引是否越界
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);//每次操作都会进行数组复制，System.arraycopy可以实现数组自身的复制
elementData[index] = element;
size++;
}
private void rangeCheckForAdd(int index) {
if (index > size || index < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
LinkedList：先找到指定位置的元素，然后在该元素之前插入元素。在首尾插入元素，性能较高；在中间位置插入，性能较低。
//在列表指定位置添加元素
public void add(int index, E element) {
checkPositionIndex(index);//检查索引是否越界
if (index == size) //index为列表大小，相当于在列表尾部添加元素
linkLast(element);
else
linkBefore(element, node(index));
}
//返回指定索引的元素，在首尾查找速度快，在中间位置查找速度较慢，需要遍历列表的一半元素。
Node<E> node(int index) {
// assert isElementIndex(index);
if (index < (size >> 1)) { //如果index在列表的前半部分，从头结点开始向后遍历
Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else { //如果index在列表的后半部分，从尾结点开始向前遍历
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}
//在指定节点succ之前添加元素
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) //只有succ一个节点
first = newNode;
else
pred.next = newNode;
size++;
modCount++;
}
3、删除任意位置元素
ArrayList：每次删除都会复制数组。删除的位置越靠前，开销越大；删除的位置越靠后，开销越小。
public E remove(int index) {
rangeCheck(index);//检查索引是否越界
modCount++;
E oldValue = elementData(index);
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);//将删除位置后面的元素往前移动一位
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work 最后一个位置设置为null
return oldValue;
}
LinkedList：先通过循环找到要删除的元素，然后删除该元素。删除首尾的元素，效率较高；删除中间元素，效率较差。
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) { //x为第一个元素
first = next;
} else {
prev.next = next;
x.prev = null;
}
if (next == null) { //x为最后一个元素
last = prev;
} else {
next.prev = prev;
x.next = null;
}
x.item = null;
size--;
modCount++;
return element;
}
4、遍历列表
三种遍历方式：foreach，迭代器，for遍历随机访问。
foreach的内部实现也是使用迭代器进行遍历，但由于foreach存在多余的赋值操作，比直接使用迭代器稍慢，影响不大。for遍历随机访问对ArrayList性能较好，对LinkedList是灾难性的。
并发List
Vector和CopyOnWriteArrayList是线程安全的实现；
ArrayList不是线程安全的，可通过Collections.synchronizedList(list)进行包装。
CopyOnWriteArrayList，读操作不需要加锁，
1、读操作
CopyOnWriteArrayList：读操作没有锁操作
public E get(int index) {
return get(getArray(), index);
}
final Object[] getArray() {
return array;
}
private E get(Object[] a, int index) {
return (E) a[index];
}
Vector：读操作需要加对象锁，高并发情况下，锁竞争影响性能。
public synchronized E get(int index) {
if (index >= elementCount)
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
return elementData(index);
}
2、写操作
CopyOnWriteArrayList：需要加锁且每次写操作都需要进行一次数组复制，性能较差。
public boolean add(E e) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1); //通过复制生成数组副本
newElements[len] = e; //修改副本
setArray(newElements); //将副本写会
return true;
} finally {
lock.unlock();
}
}
Vector：和读一样需要加对象锁，相对CopyOnWriteArrayList来说不需要复制，写性能比CopyOnWriteArrayList要高。
public synchronized boolean add(E e) {
modCount++;
ensureCapacityHelper(elementCount + 1); //确认是否需要扩容
elementData[elementCount++] = e;
return true;
}
private void ensureCapacityHelper(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
总结：在读多写少的高并发应用中，适合使用CopyOnWriteArrayList；在读少写多的高并发应用中，Vector更适合。
时间： 2024-10-07 21:32:01