java源码之List（ArrayList，LinkList，Vertor）
1，List概括
List的框架图
(01) List 是一个接口，它继承于Collection的接口。它代表着有序的队列。
(02) AbstractList 是一个抽象类，它继承于AbstractCollection。AbstractList实现List接口中除size()、get(int location)之外的函数。
(03) AbstractSequentialList 是一个抽象类，它继承于AbstractList。AbstractSequentialList 实现了“链表中，根据index索引值操作链表的全部函数”。
(04) ArrayList, LinkedList, Vector, Stack是List的4个实现类：
1）ArrayList 是一个数组队列，相当于动态数组。它由数组实现，随机访问效率高，随机插入、随机删除效率低。
2）LinkedList 是双向链表。它也可被当作堆栈、队列或双端队列进行操作。LinkedList随机访问效率低，但随机插入、随机删除效率低。
3）Vector 是矢量队列，和ArrayList一样，它也是一个动态数组，由数组实现。但是ArrayList是非线程安全的，而Vector是线程安全的。
4）Stack 是栈，它继承于Vector。它的特性是：先进后出(FILO, First In Last Out)。
2，List使用场景
如果涉及到“栈”、“队列”、“链表”等操作，应该考虑用List，具体的选择哪个List，根据下面的标准来取舍。
(01) 对于需要快速插入，删除元素，应该使用LinkedList。
(02) 对于需要快速随机访问元素，应该使用ArrayList。
(03) 对于“单线程环境” 或者 “多线程环境，但List仅仅只会被单个线程操作”，此时应该使用非同步的类(如ArrayList)。
对于“多线程环境，且List可能同时被多个线程操作”，此时，应该使用同步的类(如Vector)。
通过下面的测试程序，我们来验证上面的(01)和(02)结论。参考代码如下：
1 import java.util.*;2 import java.lang.Class;
3
4 /*
5 * @desc 对比ArrayList和LinkedList的插入、随机读取效率、删除的效率
6 *
7 * @author skywang
8 */
9 public class ListCompareTest {
10
11 private static final int COUNT = 100000;
12
13 private static LinkedList linkedList = new LinkedList();
14 private static ArrayList arrayList = new ArrayList();
15 private static Vector vector = new Vector();
16 private static Stack stack = new Stack();
17
18 public static void main(String[] args) {
19 // 换行符
20 System.out.println();
21 // 插入
22 insertByPosition(stack) ;
23 insertByPosition(vector) ;
24 insertByPosition(linkedList) ;
25 insertByPosition(arrayList) ;
26
27 // 换行符
28 System.out.println();
29 // 随机读取
30 readByPosition(stack);
31 readByPosition(vector);
32 readByPosition(linkedList);
33 readByPosition(arrayList);
34
35 // 换行符
36 System.out.println();
37 // 删除
38 deleteByPosition(stack);
39 deleteByPosition(vector);
40 deleteByPosition(linkedList);
41 deleteByPosition(arrayList);
42 }
43
44 // 获取list的名称
45 private static String getListName(List list) {
46 if (list instanceof LinkedList) {
47 return "LinkedList";
48 } else if (list instanceof ArrayList) {
49 return "ArrayList";
50 } else if (list instanceof Stack) {
51 return "Stack";
52 } else if (list instanceof Vector) {
53 return "Vector";
54 } else {
55 return "List";
56 }
57 }
58
59 // 向list的指定位置插入COUNT个元素，并统计时间
60 private static void insertByPosition(List list) {
61 long startTime = System.currentTimeMillis();
62
63 // 向list的位置0插入COUNT个数
64 for (int i=0; i<COUNT; i++)
65 list.add(0, i);
66
67 long endTime = System.currentTimeMillis();
68 long interval = endTime - startTime;
69 System.out.println(getListName(list) + " : insert "+COUNT+" elements into the 1st position use time：" + interval+" ms");
70 }
71
72 // 从list的指定位置删除COUNT个元素，并统计时间
73 private static void deleteByPosition(List list) {
74 long startTime = System.currentTimeMillis();
75
76 // 删除list第一个位置元素
77 for (int i=0; i<COUNT; i++)
78 list.remove(0);
79
80 long endTime = System.currentTimeMillis();
81 long interval = endTime - startTime;
82 System.out.println(getListName(list) + " : delete "+COUNT+" elements from the 1st position use time：" + interval+" ms");
83 }
84
85 // 根据position，不断从list中读取元素，并统计时间
86 private static void readByPosition(List list) {
87 long startTime = System.currentTimeMillis();
88
89 // 读取list元素
90 for (int i=0; i<COUNT; i++)
91 list.get(i);
92
93 long endTime = System.currentTimeMillis();
94 long interval = endTime - startTime;
95 System.out.println(getListName(list) + " : read "+COUNT+" elements by position use time：" + interval+" ms");
96 }
97 }
View Code
运行结果如下：
Stack : insert 100000 elements into the 1st position use time：1640 msVector : insert 100000 elements into the 1st position use time：1607 ms
LinkedList : insert 100000 elements into the 1st position use time：29 ms
ArrayList : insert 100000 elements into the 1st position use time：1617 ms
Stack : read 100000 elements by position use time：9 ms
Vector : read 100000 elements by position use time：6 ms
LinkedList : read 100000 elements by position use time：10809 ms
ArrayList : read 100000 elements by position use time：5 ms
Stack : delete 100000 elements from the 1st position use time：1916 ms
Vector : delete 100000 elements from the 1st position use time：1910 ms
LinkedList : delete 100000 elements from the 1st position use time：15 ms
ArrayList : delete 100000 elements from the 1st position use time：1909 ms
从中，我们可以发现：
插入10万个元素，LinkedList所花时间最短：29ms。
删除10万个元素，LinkedList所花时间最短：15ms。
遍历10万个元素，LinkedList所花时间最长：10809 ms；
考虑到Vector是支持同步的，而Stack又是继承于Vector的；因此，得出结论：
(01) 对于需要快速插入，删除元素，应该使用LinkedList。
(02) 对于需要快速随机访问元素，应该使用ArrayList。
(03) 对于“单线程环境” 或者 “多线程环境，但List仅仅只会被单个线程操作”，此时应该使用非同步的类。
3，Vector和ArrayList比较
相同之处
1）它们都是List
它们都继承于AbstractList，并且实现List接口。
ArrayList和Vector的类定义如下：
// ArrayList的定义public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
// Vector的定义
public class Vector<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {}
2）它们都实现了RandomAccess和Cloneable接口
实现RandomAccess接口，意味着它们都支持快速随机访问；
实现Cloneable接口，意味着它们能克隆自己。
3）它们都是通过数组实现的，本质上都是动态数组
ArrayList.java中定义数组elementData用于保存元素
// 保存ArrayList中数据的数组private transient Object[] elementData;
Vector.java中也定义了数组elementData用于保存元素
// 保存Vector中数据的数组protected Object[] elementData;
4）它们的默认数组容量是10
若创建ArrayList或Vector时，没指定容量大小；则使用默认容量大小10。
ArrayList的默认构造函数如下：
// ArrayList构造函数。默认容量是10。public ArrayList() {
this(10);
}
Vector的默认构造函数如下：
// Vector构造函数。默认容量是10。public Vector() {
this(10);
}
5）它们都支持Iterator和listIterator遍历
它们都继承于AbstractList，而AbstractList中分别实现了 “iterator()接口返回Iterator迭代器” 和 “listIterator()返回ListIterator迭代器”。
不同之处
1）线程安全性不一样
ArrayList是非线程安全；
而Vector是线程安全的，它的函数都是synchronized的，即都是支持同步的。
ArrayList适用于单线程，Vector适用于多线程。
2）对序列化支持不同
ArrayList支持序列化，而Vector不支持；即ArrayList有实现java.io.Serializable接口，而Vector没有实现该接口。
3）构造函数个数不同
ArrayList有3个构造函数，而Vector有4个构造函数。Vector除了包括和ArrayList类似的3个构造函数之外，另外的一个构造函数可以指定容量增加系数。
ArrayList的构造函数如下：
// 默认构造函数ArrayList()
// capacity是ArrayList的默认容量大小。当由于增加数据导致容量不足时，容量会添加上一次容量大小的一半。
ArrayList(int capacity)
// 创建一个包含collection的ArrayList
ArrayList(Collection<? extends E> collection)
Vector的构造函数如下：
// 默认构造函数Vector()
// capacity是Vector的默认容量大小。当由于增加数据导致容量增加时，每次容量会增加一倍。
Vector(int capacity)
// 创建一个包含collection的Vector
Vector(Collection<? extends E> collection)
// capacity是Vector的默认容量大小，capacityIncrement是每次Vector容量增加时的增量值。
Vector(int capacity, int capacityIncrement)
4 容量增加方式不同
逐个添加元素时，若ArrayList容量不足时，“新的容量”=“(原始容量x3)/2 + 1”。
而Vector的容量增长与“增长系数有关”，若指定了“增长系数”，且“增长系数有效(即，大于0)”；那么，每次容量不足时，“新的容量”=“原始容量+增长系数”。若增长系数无效(即，小于/等于0)，则“新的容量”=“原始容量 x 2”。
ArrayList中容量增长的主要函数如下：
public void ensureCapacity(int minCapacity) { // 将“修改统计数”+1
modCount++;
int oldCapacity = elementData.length;
// 若当前容量不足以容纳当前的元素个数，设置 新的容量=“(原始容量x3)/2 + 1”
if (minCapacity > oldCapacity) {
Object oldData[] = elementData;
int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;
if (newCapacity < minCapacity)
newCapacity = minCapacity;
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
}
Vector中容量增长的主要函数如下：
private void ensureCapacityHelper(int minCapacity) { int oldCapacity = elementData.length;
// 当Vector的容量不足以容纳当前的全部元素，增加容量大小。
// 若 容量增量系数>0(即capacityIncrement>0)，则将容量增大当capacityIncrement
// 否则，将容量增大一倍。
if (minCapacity > oldCapacity) {
Object[] oldData = elementData;
int newCapacity = (capacityIncrement > 0) ?
(oldCapacity + capacityIncrement) : (oldCapacity * 2);
if (newCapacity < minCapacity) {
newCapacity = minCapacity;
}
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
}
5 对Enumeration的支持不同。Vector支持通过Enumeration去遍历，而List不支持
Vector中实现Enumeration的代码如下：
public Enumeration<E> elements() { // 通过匿名类实现Enumeration
return new Enumeration<E>() {
int count = 0;
// 是否存在下一个元素
public boolean hasMoreElements() {
return count < elementCount;
}
// 获取下一个元素
public E nextElement() {
synchronized (Vector.this) {
if (count < elementCount) {
return (E)elementData[count++];
}
}
throw new NoSuchElementException("Vector Enumeration");
}
};
}
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