Java集合框架之List

来源:https://www.cnblogs.com/xiaocer/archive/2022/09/30/16745233.html
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1.List集合概要 2.Iterable介面 1.概要 2.重要方法 forEach方法:對Collection集合中的每個對象進行消費 List<Student> list = Stream.generate(() -> new Student("張三", 23)).limit(100).col ...


1.List集合概要

2.Iterable介面

1.概要

2.重要方法
  1. forEach方法:對Collection集合中的每個對象進行消費
List<Student> list = Stream.generate(() -> new Student("張三", 23)).limit(100).collect(Collectors.toList());
list.forEach(System.out::println);
  1. spliterator方法:獲取Spliterator迭代器

3.Collection介面

1.重要方法
  1. spliterator():創建Spliterator
  2. stream():創建串列流Stream
  3. parallelStream():創建並行流Stream

4.RandomAccess介面

1.概要

這是一種標識型介面,用於標識某個類具有某種功能特性的介面。

5.Vector

1.Vector集合概要

Vector是一個線程安全的集合,其中的大部分方法都加了synchronized關鍵字。

2.重要變數
  1. Vector中重要的變數信息
// 集合Vector存放對象的數組
protected Object[] elementData;
// 集合Vector存儲的對象數量
protected int elementCount;
// elementData數組每次擴容的大小
protected int capacityIncrement;
3.Vector的擴容操作
  1. 初始化Vector的擴容操作
// 1. 指定了初始化容量和每次擴容時的增量
// 則下次擴容為initialCapacity + capacity,依次類推
public Vector(int initialCapacity, int capacityIncrement) {
    super();
    if (initialCapacity < 0)
        throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                           initialCapacity);
    this.elementData = new Object[initialCapacity];
    this.capacityIncrement = capacityIncrement;
}

// 2. 指定初始化容量和每次擴容時的增量為0
// 則下次擴容為2 * initialCapacity
public Vector(int initialCapacity) {
    this(initialCapacity, 0);
}

// 3.指定初始化容量為10,則下次擴容為20, 40...
public Vector() {
    this(10);
}
  1. 向集合Vector添加對象,elementData數組容量不足時:2倍擴容
// minCapacity為期望的elementData數組容量
private void grow(int minCapacity) {
    int oldCapacity = elementData.length;
    // 客戶指定的每次數組擴容大小超過0,則擴容為newCapacity = oldCapacity + capacityIncrement
    // 否則進行2倍擴容
    int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ?
                                     capacityIncrement : oldCapacity);
    // 確保數組擴容為期望的elementData數組容量
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
  1. 客戶端重新設置Vector的容量時,可能會進行擴容操作
public synchronized void setSize(int newSize) {
    modCount++;
    // 新容量大於當前Vector集合中的對象數量則進行擴容
    if (newSize > elementCount) {
        ensureCapacityHelper(newSize);
    } else {
        for (int i = newSize ; i < elementCount ; i++) {
            elementData[i] = null;
        }
    }
    elementCount = newSize;
}

6.ArrayList

1.ArrayList概要

ArrayList是一個多線程環境下有些操作不安全的集合

2.ArrayList集合中重要的常量和變數
// 預設的初始化數組容量
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
// 存放集合ArrayList中的對象的數組
transient Object[] elementData;
// 集合ArrayList中包含的對象數量
private int size;
3.ArrayList集合的初始化操作
// 使用指定的初始化容量進行初始化
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);
    }
}

// 構造一個長度為0的ArrayList集合,
// 後面使用add方法添加元素會將elementData擴容成長度為10的數組
public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

// 根據另一個集合構造ArrayList
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;
    }
}
4.ArrayList的擴容操作
  1. 擴容:按照1.5倍擴容
// minCapacity為期望的數組最低容量(即原數組容量 + 1)
private void grow(int minCapacity) {
    int oldCapacity = elementData.length;
    // 1.5倍進行擴容
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    // 確保容器達到最低容量10,最低下限
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    // 確保容器的最大容量,最大上限
    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);
}
5.ArrayList內部數組的移動操作
  1. 移動數組元素的操作都是通過System.arraycopy這個本地方法完成。
6.ArrayList的刪除操作removeIf
  1. 刪除操作removeIf方法中使用BitSet根據相應的位標記需要刪除的元素。
// size為容器中的元素個數
final BitSet removeSet = new BitSet(size);
final int size = this.size;
for (int i=0; modCount == expectedModCount && i < size; i++) {
    @SuppressWarnings("unchecked")
    final E element = (E) elementData[i];
    if (filter.test(element)) {
        // 需要刪除的元素標記為1
        removeSet.set(i);
        // 統計需要刪除的元素個數
        removeCount++;
    }
}

7.Vector和ArrayList的對比
  1. 兩者的內部結構都是數組。
  2. Vector集合預設採用當前容量的1倍大小進行擴容,且可以指定一個固定的擴容增量;ArrayList再進行擴容操作時會將當前容量增大50%。
  3. Vector集合大大部分操作都是線程安全的,但是使用的是synchronized鎖,鎖的粒度太過粗放,保證線程安全性不推薦使用Vector;ArrayList集合不是線程安全的,在多線程環境下不能使用它。
  4. Vector集合在序列化的過程中,當前elementData數組中多餘的索引位被序列化,產生不必要的性能消耗;在對ArrayList集合進行序列化時,只會對elementData數組中已使用的索引位進行序列化,未使用的索引位不會被序列化;相對地,在原ArrayList集合中已被序列化的各個數據對象被反序列化成新的ArrayList集合中的數據對象時,新的elementData數組不會產生多餘的容量,只有在下一次被要求向該集合中添加數據對象時,才會開始新一輪的擴容操作。

7.Stack

1.Stack概要

2.Stack和Vector的對比
  1. Stack繼承自Vector,內部結構都是數組,都存在數組擴容的問題,每次將數組容量增大一倍的方式不靈活。
  2. 兩者都是線程安全的,但是不推薦使用。已經被LinkedBlockingQueue和CopyOnWriteArrayList等替代。
  3. 兩者沒有針對序列化過程和反序列化過程進行任何優化,而工作效果相似的ArrayDeque集合、ArrayList集合都對序列化過程的反序列化過程進行了優化。

8.LinkedList

1.LinkedList集合的繼承體系

2.LinkedList中重要的變數
  1. LinkedList底層由雙向鏈表實現
// 集合LinkedList的對象個數
transient int size = 0;
// 指向頭節點(雙向鏈表的第一個節點)
transient Node<E> first;
// 指向尾節點(雙向鏈表的最後一個節點)
transient Node<E> first;

// 雙鏈表節點結構
private static class Node<E> {
        // 節點存儲的元素
        E item;
        // 指向下一個節點
        Node<E> next;
        // 指向前一個節點
        Node<E> prev;
}
3.LinkedList集合的添加操作
  1. linkFirst(E e):在雙鏈表頭部插入一個新節點
  2. linkLast(E e):在雙鏈表尾部插入一個新節點
  3. linkBefore(E e, Node succ):在指定節點前插入一個新節點
4.LinkedList集合的移除操作
  1. unlinkFirst(Node f):移除雙鏈表的第一個節點
  2. unlinkLast(Node l):移除雙鏈表的最後一個節點
  3. unlink(Node x):移除雙鏈表的指定節點
5.LinkedList的查找操作
  1. 查詢指定索引位置的節點
// 根據索引和集合長度的一半對比,來決定在頭部還是尾部開始搜索。
Node<E> node(int index) {
    // assert isElementIndex(index);

    if (index < (size >> 1)) {
        Node<E> x = first;
        for (int i = 0; i < index; i++)
            x = x.next;
        return x;
    } else {
        Node<E> x = last;
        for (int i = size - 1; i > index; i--)
            x = x.prev;
        return x;
    }
}

6.LinkedList和ArrayList的對比
  1. 基於數組結構的ArrayList的刪除和插入操作效率不高,需要考慮數組擴容元素複製、移動數組元素的問題;基於雙向鏈表的LinkedList的插入和修改操作需要考慮查詢索引位的節點的時間消耗,如果在靠近雙向鏈表的中間位置插入新的節點,則找到正確的索引位置節點的時間複雜度為o(n)。
  2. ArrayList集合支持隨機訪問,所以查詢的效率很高,時間複雜度為O(1);LinkedList集合的查詢操作時間複雜度為o(n);

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