ArrayList、Vector和LinkedList

List接口特点

1、有序的 collection。

2、可以对列表中每个元素的插入位置进行精确地控制。

3、可以根据元素的索引访问元素，并搜索列表中的元素。

4、列表通常允许重复的元素。

5、允许存在 null 元素。

6、实现List接口的常用类有LinkedList、ArrayList、Vector和Stack。

ArrayList特点

1、java.util.ArrayList<E> : List 接口的大小可变数组的实现类

2、ArrayList 内部基于 数组 存储 各个元素。

3、所谓大小可变数组，是指当 数组容量不足以存放新的元素时，创建新数组，并将原数组中的内容复制过来。

4、源码分析

//elementData中已存放的元素的个数，注意：不是elementData的容量
private int size;
//elementData的默认容量为10
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
//对象数组：ArrayList的底层数据结构，transient表示该字段不进行序列化操作
transient Object[] elementData;
//实例化一个空数组
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
//实例化一个空数组
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};

protected transient int modCount = 0;

@Native public static final int   MAX_VALUE = 0x7fffffff;

private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
/**
 *指定初始容量的有参构造
 */
public ArrayList(int initialCapacity) {
         //如果初始容量大于0就，对象数组就指向到一个新的数组，大小为所指定的大小
        if (initialCapacity > 0) {
            this.elementData = new Object[initialCapacity];
        } else if (initialCapacity == 0) {
            //如果等于0就指向一个空数组
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        } else {
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        }
}
/**
* 无参构造
*/
public ArrayList() {
         //对象数组就指向到一个空数组
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
/**
 * 向elementData末尾中添加元素
 */
public boolean add(E e) {
       //确保对象数组elementData有足够的容量，可以将新加入的元素e加进去
        ensureCapacityInternal(size + 1);  
        //加入新元素e，size加1
        elementData[size++] = e;
        return true;
}

// minCapacity = seize+1，即表示执行完添加操作后，数组中的元素个数 
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        //判断是否是空数组
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            //用最小容量和10进行比较，取最大值赋值给最小容量
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }

        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
 }

/**
 *确保数组的容量足够存放新加入的元素，若不够，要扩容
 */
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;
        //如果数组个数（size+1）数组长度就需要进行扩容
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
}

private void grow(int minCapacity) {
        int oldCapacity = elementData.length;
        // 将旧的数组容量增加为原来的1.5倍作为新的容量
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);             
       //如果新的容量小于数组个数，将数组个数赋值给新容量
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
       // 如果新的容量大于最大容量，就根据数组个数来决定新的容量大小
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // 根据新的容量，将数组拷贝到新的数组并赋值给数组
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
       // 如果数组个数小于0抛出OutOfMemoryError异常
        if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();       
       // 如果最数组个数大于最大容量 就返回最大值，否则返回最大容量
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
}
/**
 * 向elementData指定位置添加元素
 */
public void add(int index, E element) {
       //指定位置检查
        rangeCheckForAdd(index);
        // 扩容检查
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        //通过拷贝使数组内位置为 index 到 （size-1）的元素往后移动一位
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                         size - index);         
        // 找到位置添加元素
        elementData[index] = element;
        // 元素个数加一
        size++;
}
// 判断指定位置是否超出数组容量
private void rangeCheckForAdd(int index) {
        if (index > size || index < 0)
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
/**
 * @param      src      原数组.
 * @param      srcPos   原数组的起始位置.
 * @param      dest     目标数组.
 * @param      destPos  目标数组的起始位置.
 * @param      length   拷贝长度.
 */
public static native void arraycopy(Object src,  int  srcPos,
                                        Object dest, int destPos,
                                        int length);

public E remove(int index) {
       //指定位置检查
        rangeCheck(index);
        modCount++;       
       //保留要删除的值
        E oldValue = elementData(index);
       //要移动元素个数


        int numMoved = size - index - 1;
        if (numMoved > 0)
        //通过拷贝使数组内位置为 index+1到 （size-1）的元素往前移动一位
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                             numMoved);
        //清除末尾元素让GC回收
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
        //返回删除的值
        return oldValue;
}

ArrayList在无参的add方法中，每次插入新的元素时，判断数组是否为空，为空则建默认的容量10赋值给minCapacity，判断是否要扩容，第一次添加，数组的size是10，之后添加元素时，在ensureExplicitCapacity方法中判断数组元素个数即size+1（形参minCapacity）是否超过数组长度，超过则需要进行扩容操作，扩容是将旧的容量扩大到1.5倍，然后将数组拷贝到新的数组完成扩容操作。最后将元素添加，并size+1。ArrayList在指定位置添加元素时，是先检查指定位置是否在数组范围内，即数组中元素个数是1，则index得小于或者低于1。然后通过拷贝使数组内位置为 index 到 （size-1）的元素往后移动一位，腾出位置之后放入元素，数组个数加一。

Vector特点

1、java.util.Vector<E> :List 接口的内部用数组存放元素的实现类

2、内部也是用数组存放元素。

3、与 ArrayList 不同的是 扩容方式不同，Vector 每次增长的容量是固定的，大部分方法都被 synchronized 关键字修饰。

4、Vector 是线程安全的。

5、源码分析

protected transient int modCount = 0;
//elementData中已存放的元素的个数，注意：不是elementData的容量
protected int elementCount;
//对象数组：Vector的底层数据结构
protected Object[] elementData;
//增长系数
protected int capacityIncrement;

@Native public static final int   MAX_VALUE = 0x7fffffff;

private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
/**
 *指定初始容量和增长系数的有参构造
 */
public Vector(int initialCapacity, int capacityIncrement) {
        super();
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
         //如果初始容量大于0就，对象数组就指向到一个新的数组，大小为所指定的大小
        this.elementData = new Object[initialCapacity];
        //给增长系数赋值
        this.capacityIncrement = capacityIncrement;
}
/**
 *无参构造
 */
public Vector() {
        //调用指定初始容量的有参构造，设置默认初始容量为10


        this(10);
}
/**
 *指定初始容量的有参构造
 */
public Vector(int initialCapacity) {
        //调用指定初始容量和增长系数的有参构造，设置增长系数为0
        this(initialCapacity, 0);
}

/**
 * 向elementData末尾添加元素
 */
public synchronized boolean add(E e) {
        modCount++;
        //确保对象数组elementData有足够的容量，可以将新加入的元素e加进去
        ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
        //加入新元素e，elementCount加1
        elementData[elementCount++] = e;
        return true;
}
public synchronized void addElement(E obj) {
        modCount++;
        //确保对象数组elementData有足够的容量，可以将新加入的元素e加进去
        ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
        //加入新元素e，elementCount加1
        elementData[elementCount++] = obj;
 }
/**
 * 向elementData指定位置添加元素
 */
public void add(int index, E element) {
        insertElementAt(element, index);
}

public synchronized void insertElementAt(E obj, int index) {
        modCount++;
       // 如果index大于数组个数抛出ArrayIndexOutOfBoundsException异常

        if (index > elementCount) {
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index
                                                     + " > " + elementCount);
        }
        //确保对象数组elementData有足够的容量，可以将新加入的元素e加进去
        ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, elementCount - index);
        // 找到位置添加元素
        elementData[index] = obj;    
        // 元素个数加一
        elementCount++;
}

/**
 * @param      src      原数组.
 * @param      srcPos   原数组的起始位置.
 * @param      dest     目标数组.
 * @param      destPos  目标数组的起始位置.
 * @param      length   拷贝长度.
 */
public static native void arraycopy(Object src,  int  srcPos,
                                        Object dest, int destPos,
                                        int length);

private void ensureCapacityHelper(int minCapacity) {
        //元素个数如果大于数组长度就扩容 
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
}

private void grow(int minCapacity) {
      
        int oldCapacity = elementData.length;
        // 如果指定了增长系数就按照增长系数去增长，没有指定就增加一倍
        int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ?
                                         capacityIncrement : oldCapacity);
       //如果新的容量小于数组个数，将数组个数赋值给新容量
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
       // 如果新的容量大于最大容量，就根据数组个数来决定新的容量大小
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // 根据新的容量，将数组拷贝到新的数组并赋值给数组
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
       // 如果数组个数小于0抛出OutOfMemoryError异常
        if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
       // 如果最数组个数大于最大容量 就返回最大值，否则返回最大容量
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
}

Vector和ArrayList一样都是基于数组实现的，且默认长度都是10，不同的是ArrayList扩容方式是扩大为原来的1.5倍，Vector默认是扩大为原来的两倍。其次Vector的方法都是同步的(Synchronized),是线程安全的，而ArrayList的方法不是。

LinkedList特点

1、java.util.LinkedList<E> :List 接口的实现类和Queue接口子类Deque的实现类

2、内部基于链表实现，增删快、迭代快，随机访问能力较差。

3、链表中的每个节点都是 LinkedList.Node 类型的对象。

4、LinkedList提供额外的get、remove、insert方法在LinkedList的首部或尾部。

5、这些操作使LinkedList可被用作堆栈（stack），队列（queue）或双向队列（deque）。

6、LinkedList没有同步方法。如果多个线程想访问同一个List，则必须自己实现访问同步。

7、源码分析

// 链表中存放节点个数
transient int size = 0;
// 链表头结点
transient Node<E> first;
// 链表尾结点
transient Node<E> last;
// 节点结构
private static class Node<E> {
         // 元素值
        E item;
         // 后置节点
        Node<E> next;
         // 前置节点
        Node<E> prev;
        Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
}
/**
 * 无参构造
 */
public LinkedList() {
}
/**
 * 有参构造，将集合中元素插入链表
 */

public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
        this();
        addAll(c);
}

public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
        //以size作为插入下标，插入集合中所有
        return addAll(size, c);
}

/**
 * 以index为下标，添加所有到元素尾部
 */
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
        //指定位置检查
        checkPositionIndex(index);
        //集合转换为数组
        Object[] a = c.toArray();
        //获取新增元素数量
        int numNew = a.length;
        //如果新增元素为0就不增加
        if (numNew == 0)
            return false;
        Node<E> pred, succ;    
        //如果index是size，在链表尾部追加数据
        if (index == size) {
            succ = null;//原节点为空，
            pred = last;//前置节点为尾节点，
        } else {
            //如果index!=size通过遍历获取到原节点
            succ = node(index);
            //原节点的前置节点通过pred进行保留
            pred = succ.prev;
        }
        //遍历数组，依次插入节点
        for (Object o : a) {
            @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
            //生成新节点，前置节点为pred，后置节点为null
            Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
            //如果前置节点是null,则更新头节点
            if (pred == null)
                first = newNode;

            else
                //如果前置节点不为null,则更新前置节点的后置节点为新节点
                pred.next = newNode;
            //设置当前节点为下次的前置节点，为下次插入做准备
            pred = newNode;
        }
        //在链表尾部加数据时，原节点为null，则更新尾节点为最后插入的节点
        if (succ == null) {
            last = pred;
        } else {
            //不是在链表尾部追加数据时,将最后插入的节点的后置节点更新为原节点
            pred.next = succ;
            //原节点的前置节点更新为最后插入的节点
            succ.prev = pred;
        }
        //更新节点个数
        size += numNew;
        modCount++;
        return true;
}
/**
 * 添加节点
 */
public boolean add(E e) {
         //生成新节点 并插入到 链表尾部， 更新 last/first 节点。
        linkLast(e);
        return true;
}
//生成新节点 并插入到 链表尾部， 更新 last/first 节点。
void linkLast(E e) {
        //用l记录尾节点
        final Node<E> l = last;
        //生成新节点
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
        //更新尾节点
        last = newNode;
        //如果链表为空，更新头节点
        if (l == null)
            first = newNode;
        else
             //更新原尾节点的后置节点为新节点
            l.next = newNode;
         //size加1
        size++;
        modCount++;
}
/**
 * 添加节点到指定位置
 */
public void add(int index, E element) {
         //指定位置检查
        checkPositionIndex(index); 
         //指定位置等于元素个数，在尾节点插入
        if (index == size)
            linkLast(element);
        else
              //在中间插入
            linkBefore(element, node(index));
}

private void checkPositionIndex(int index) {
        if (!isPositionIndex(index))
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
private boolean isPositionIndex(int index) {
        return index >= 0 && index <= size;
}

void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
        // 用pred记录指定位置节点(原节点)的前置节点
        final Node<E> pred = succ.prev;
        //生成新节点，前置节点为pred，后置节点为指定位置的节点(原节点)
        final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
        //将新节点作为原节点的前置节点
        succ.prev = newNode;
        //如果原节点的前置节点为空，更新头节点
        if (pred == null)
            first = newNode;
        else    
            //如果原节点的前置节点不为空则更新前置节点的后置节点为新节点
            pred.next = newNode;
        //更新节点个数
        size++;
        modCount++;
}
/**
 * 移除指定位置的节点
 */

public E remove(int index) {
        //指定位置检查
        checkElementIndex(index);
        //移除节点
        return unlink(node(index));
}
/**
 * 移除节点
 */
E unlink(Node<E> x) {
        // 记录节点信息
        final E element = x.item;
        final Node<E> next = x.next;
        final Node<E> prev = x.prev;
        // 删除节点是否为头节点时
        if (prev == null) {
            // 更新头结点为删除节点的后置节点
            first = next;
        } else {
            //更新删除节点的前置节点的后置节点为删除节点的后置节点
            prev.next = next;
            //删除除节点的前置节点置为null
            x.prev = null;
        }
        // 删除节点是否为尾节点
        if (next == null) {
            // 更新尾结点为删除节点的前置节点
            last = prev;
        } else {    
           //更新删除节点的后置节点的前置节点为删除节点的前置节点
            next.prev = prev;
            //删除除节点的后置节点置为null
            x.next = null;
        }
        //删除除节点的元素值置为null
        x.item = null;
        //更新节点数并返回删除节点的元素值
        size--;
        modCount++;
        return element;
}
/**
 * 获取指定位置的节点的元素值
 */
public E get(int index) {
         //指定位置检查
        checkElementIndex(index);
         //获取元素值
        return node(index).item;
}
/**
 *会根据index处于前半段还是后半段 进行一个折半，以提升查询效率
 */
Node<E> node(int index) {
        //如果index< size/2从头结点开始遍历
        if (index < (size >> 1)) {
            Node<E> x = first;
            for (int i = 0; i < index; i++)
                x = x.next;
            return x;
        } else {
             //如果index>=size/2从尾结点开始遍历
            Node<E> x = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--)
                x = x.prev;
            return x;
        }
}

LinkedList的批量增加是找到添加的位置，然后通过循环数组，依次执行插入节点。LinkedList的移除节点则是先根据index判断及诶单是否存在，再根据所移除节点判断是否为头节点和尾节点，更新移除节点的前置节点和后置节点的信息，然后在把移除节点的信息置为null。查询操作则是根据index是处于前半段还是后半段，进行折半，以此来提高查询效率。

ArrayList和Vector

1、联系

• 都是List接口（List接口继承了Collection接口）的实现类
• 都是基于数组实现的，位置都是有序的，并且数据允许重复

2、区别

• Vector类的方法大部分用synchronized修饰，是线程安全的，而ArrayList是线程不安全的，它的方法之前不是同步的
• 扩容方式不同，Vector是默认增加容量一倍，或者是按照指定的容量增量进行增加。而ArrayList是增加容量为原来的二分之一

ArrayList和LinkedList

1、联系

• 都是List接口（List接口继承了Collection接口）的实现类
• 都是线程不安全的

2、区别

• ArrayList是基于动态数组实现的，LinkedList是基于链表实现的
• 对于随机访问get和set，ArrayList优于LinkedList，因为LinkedList是通过先折半然后遍历节点来获取指定节点，则ArrayList只需要通过索引就可以获取到
• 对于新增和删除操作add和remove，LinkedList优于ArrayList，因为ArrayList要移动数据，而LinkedList只需要记录前后节点即可

牛客网笔试题

1、java 中的集合类包括 ArrayList 、 LinkedList 、 HashMap 等，下列关于集合类描述错误的是？

正确答案: C 

A、ArrayList和LinkedList均实现了List接口

B、ArrayList访问速度比LinkedList快

C、随机添加和删除元素时，ArrayList的表现更加快速

D、HashMap实现Map接口，它允许任何类型的键和值对象，并允许将NULL用作键或值

2、实现或继承了Collection接口的是（）

正确答案: B C E 

A、Map

B、List

C、Vector

D、Iterator

E、Set

 3、ArrayLists和LinkedList的区别，下述说法正确的有？

正确答案: A B C D 

A、ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构，LinkedList基于链表的数据结构。

B、对于随机访问get和set，ArrayList觉得优于LinkedList，因为LinkedList要移动指针。

C、对于新增和删除操作add和remove，LinkedList比较占优势，因为ArrayList要移动数据。

D、ArrayList的空间浪费主要体现在在list列表的结尾预留一定的容量空间，而LinkedList的空间花费则体现在它的每一个元素都需要消耗相当的空间。

参考博客链接

https://blog.csdn.net/zxt0601/article/details/77341098

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https://www.cnblogs.com/AmyZheng/p/9428922.html