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List是java重要的数据结构之一，我们经常接触到的有ArrayList、Vector和LinkedList三种，他们都继承来自java.util.Collection接口，,其中ArrayList和LinkedList较为常用，下面着重说明ArrayList，类图如下
一、基本实现
ArrayList：使用了数组实现，可以认为它封装了对内部数组的操作
优点：操作读取操作效率高，基于数组实现的，可以为null值，可以允许重复元素，有序，异步。
缺点：由于它是由动态数组实现的，不适合频繁的对元素的插入和删除操作，因为每次插入和删除都需要移动数组中的元素。
LinkedList：使用了双向链表数据结构
优点：LinkedList由双链表实现，增删由于不需要移动底层数组数据，其底层是链表实现的，只需要修改链表节点指针，对元素的插入和删除效率较高。
缺点： 遍历效率较低。HashMap和双链表也有关系。
二、ArrayList
实现原理：
ArrayList底层是一个变长的数组，基本上等同于Vector，但是Vector对writeObjec()t和readObject()方法实现了同步。
静态变量
/**
* 默认初始容量
*/
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
/**
*用于空实例的共享空数组实例。
*/
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
共享的空数组实例用于默认大小的空实例。
*/
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
数组列表中存储元素的数组缓冲区。
*/
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
/**
数组列表的大小
*/
private int size;
add(E e)方法
public boolean add(E e) {
// 检查是否需要扩容
ensureCapacityInternal(size + 1);
// 把元素插入到最后一位
elementData[size++] = e;
return true;
}
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
// 如果是空数组DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA，就初始化为默认大小10
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
return minCapacity;
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
if (minCapacity - elementData.length > 0)
// 扩容
grow(minCapacity);
}
private void grow(int minCapacity) {
int oldCapacity = elementData.length;
// 新容量为旧容量的1.5倍
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
// 如果新容量发现比需要的容量还小，则以需要的容量为准
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
// 如果新容量已经超过最大容量了，则使用最大容量
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// 以新容量拷贝出来一个新数组
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
具体步骤如下：
1. 检查是否需要扩容；
2. 如果elementData等于DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA则初始化容量大小为DEFAULT_CAPACITY；
3. 新容量是老容量的1.5倍（oldCapacity + (oldCapacity >> 1)），如果加了这么多容量发现比需要的容量还小，则以需要的容量为准；
4. 创建新容量的数组并把老数组拷贝到新数组；
add(int index, E element)方法
添加元素到指定位置。
public void add(int index, E element) {
// 检查是否越界
rangeCheckForAdd(index);
// 检查是否需要扩容
ensureCapacityInternal(size + 1);
// 将inex及其之后的元素往后挪一位，则index位置处就空出来了
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
// 将元素插入到index的位置
elementData[index] = element;
// 大小增1
size++;
}
private void rangeCheckForAdd(int index) {
if (index > size || index < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
具体步骤如下：
1. 检查索引是否越界；
2. 检查是否需要扩容；
3. 把插入索引位置后的元素都往后挪一位；
4. 在插入索引位置放置插入的元素； 5. 大小加1；
addAll 方法
求两个集合的并集。
/**
* 将集合c中所有元素添加到当前ArrayList中
*/
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
// 将集合c转为数组
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
// 检查是否需要扩容
ensureCapacityInternal(size + numNew);
// 将c中元素全部拷贝到数组的最后
System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
// 大小增加c的大小
size += numNew;
// 如果c不为空就返回true，否则返回false
return numNew != 0;
}
get(int index)方法
获取指定索引位置的元素，
public E get(int index) {
// 检查是否越界
rangeCheck(index);
// 返回数组index位置的元素
return elementData(index);
}
private void rangeCheck(int index) {
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
}
E elementData(int index) {
return (E) elementData[index];
}
具体步骤如下：
1. 检查索引是否越界，这里只检查是否越上界，如果越上界抛出IndexOutOfBoundsException异常，如果越下界抛出的是ArrayIndexOutOfBoundsException异常。
2. 返回索引位置处的元素；
remove(int index)方法
删除指定索引位置的元素。
public E remove(int index) {
// 检查是否越界
rangeCheck(index);
modCount++;
// 获取index位置的元素
E oldValue = elementData(index);
// 如果index不是最后一位，则将index之后的元素往前挪一位
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
// 将最后一个元素删除，帮助GC
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
// 返回旧值
return oldValue;
}
1. 检查索引是否越界；
2. 获取指定索引位置的元素；
3. 如果删除的不是最后一位，则其它元素往前移一位；
4. 将最后一位置为null，方便GC回收；
5. 返回删除的元素。
可以看到，ArrayList删除元素的时候并没有缩容。
总结
1. ArrayList内部使用数组存储元素，当数组长度不够时进行扩容，每次加一半的空间，ArrayList不会进行缩容；
2. ArrayList支持随机访问，通过索引访问元素极快，时间复杂度为O(1)；
3. ArrayList添加元素到尾部极快，平均时间复杂度为O(1)；
4. ArrayList添加元素到中间比较慢，因为要搬移元素，平均时间复杂度为O(n)；
5. ArrayList从尾部删除元素极快，时间复杂度为O(1)；
6. ArrayList从中间删除元素比较慢，因为要搬移元素，平均时间复杂度为O(n)；
