java 基础知识（三）

Arraylist与Vector的区别

清浅池塘

程序员，专栏：Java那些事儿唯一作者，咨询前请先点详细资料

 

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这几天工作有点忙，有很多代码需要写，更新文章有点慢，说声抱歉，前几天有人反馈LinkedList的文章不太看得懂，临时准备补两篇文章。

前几篇文章我们重点说了ArrayLIst，是时候放出这张图了。

这张图里的内容对我们学习Java来说，非常的重要，白色的部分是需要去了解的，黄色部分是我们要去重点了解的，不但要知道怎么去用，至少还需要读一次源码。绿色部分内容已经很少用了，但在面试题中有可能会问到，我们来看一个经常出现的面试题：Arraylist与Vector的区别是什么？

首先我们给出标准答案：
1、Vector是线程安全的，ArrayList不是线程安全的。
2、ArrayList在底层数组不够用时在原来的基础上扩展0.5倍，Vector是扩展1倍。

看上图Vector和ArrayList一样，都继承自List，来看一下Vector的源码

实现了List接口，底层和ArrayList一样，都是数组来实现的。分别看一下这两个类的add方法，首先来看ArrayList的add源码

再看Vector的add源码

方法实现都一样，就是加了一个synchronized的关键字，再来看看其它方法，先看ArrayList的remove方法

再看Vector的remove方法

方法实现上也一样，就是多了一个synchronized关键字，再看看ArrayList的get方法

Vector的get方法

再看看Vector的其它方法

无一例外，只要是关键性的操作，方法前面都加了synchronized关键字，来保证线程的安全性。当执行synchronized修饰的方法前，系统会对该方法加一把锁，方法执行完成后释放锁，加锁和释放锁的这个过程，在系统中是有开销的，因此，在单线程的环境中，Vector效率要差很多。（多线程环境不允许用ArrayList，需要做处理）。

至于底层数组的扩容区别，这里就不带着大家读源码了，有兴趣的朋友大家自己读吧，底层代码几乎是一样的，不同的只是计算后的新数组长度不一致。

和ArrayList和Vector一样，同样的类似关系的类还有HashMap和HashTable，StringBuilder和StringBuffer，后者是前者线程安全版本的实现。希望以后大家在面试过程中，能说出个因为所以，而不是一味的去背面试题，唯有理解，无需再背。

注：关于线程安全性，后续文章会说，这里只是简单说这两个类不一样的地方。

 

 

 

Java数据结构之线性表

清浅池塘

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这篇文章我们来说说Java里一个很重要的数据结构——线性表，还是这张图，线性表对应着下图里的List。

红框里的内容就是线性表的大家族了，其中黄色部分是要重点了解的，线性表里的元素是按线性排列的（这里的线性指逻辑上的） 线性表分为两大类，分别是顺序表和链表：

一、顺序表

顺序表中的数据元素存储是连续的，内存划分的区域也是连续的。存储结构如下图：

我们的ArrayList底层是数组实现的，底层元素在内存中是按顺序排列的，ArrayList是Java中顺序表的体现。

二、链表

链表在物理存储上通常是非连续、非顺序的方式存储的，数据元素的逻辑顺序是通过链表中的引用来实现的。

1、单向链表

很简单，内存中的对象是随机分布的，对象不但存储了张三、李四等数据，还持有一个next引用，指向下一个对象，来确定一组对象的逻辑顺序。

2、循环链表

也很简单，和单向链表一样，只不过最后一个对象的next又指向了第一个对象。

3、双向链表

不但持有next引用，指向下一个对象，还持有一个prev引用，指向上一个对象。

记住双向链表这个图，很重要，下一篇文章我们要讲的LinkedList就是以双向链表的方式实现的。

三、栈和队列

栈和队列是两种比较特殊的线性表。

1、栈

栈是一种操作受限制的线性表。其限制是仅允许在线性表的尾部进行添加和删除操作，这一端被称为栈顶，另一端称为栈底。向一个栈添加新元素叫压栈，删除元素又称为出栈。

如上图，把赵六放入到栈中叫压栈，不放入赵六，直接取出（删除）王五的过程叫出栈，只能从栈顶放入和删除元素。本文第一张图里的Stack就是栈在Java中的实现。举个例子，最后洗好的盘子都是叠放在最上面的，但每次用的时候都是从最上面拿，最先洗好的盘子反而不容易用到。

2、队列

队列也是一种操作受限制的线性表。只能从头部删除(取出)元素，从队尾添加元素，进行删除操作的端称为队头。

看上面的图，只能从队尾添加元素，队头取出（删除）元素。本文第一张图里的Queue就是队列的体现，Queue是基于链表来体现的。注意，Queue是一个接口，直接写如下代码是会报错的

Queue queue = new Queue();//会报错，Queue是接口，不允许实例化

正确的用法是

Queue queue = new LinkedList();//  正确的用法，基于链表来实现

队列的链表实现是通过子类LinkedList来实现的，Queue接口收窄了LinkedList的访问权限，只提供从队尾，队头等的操作。

为了加深大家的印象，我举一个例子，恶心了一点，但保证大家能记住，大家在喝啤酒的过程中，正常去厕所小解的，这个过程叫做队例。喝多了吐出来的过程，叫做栈。

以上就是Java线性表的介绍，面试中会经常被问起，后续文章会把重点都说一下，希望对大家能有所帮助。

LinkedList初探

清浅池塘

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在前面的文章里，我们讲了数组和ArrayList，在现实中，不管什么系统，如果不考虑性能的话，用其中的一个就可以完成所有工作，那为什么不用它们来进行所有的数据存储呢？

在数组/ArrayList中读取和存储(get/set)的性能非常高，为O(1)，但插入(add(int index, E element))和删除(remove(int index))却花费了O(N)时间，效率并不高。

今天我们来看Java中的另一种List即LinkedList，LinkedList是基于双向链表来实现的，关于链表的知识我们Java数据结构之线性表 - 知乎专栏一文中有过介绍，HashMap和链表也有关系，所以我们要先讲它，话不多说，上代码。

这段代码和我们之前的往ArrayList添加元素的代码基本上是一模一样的，只是修改了红框的内容为LinkedList，这时候再往里添加元素，调用的就是LinkedList里面的add方法了。在之前的 面向对象 一文中我们已经说过了，这是多态的体现，利用好多态，在编码过程中，我们可以少修改很多东西，忘记了的朋友可以回过头去看一下。一看到new这个关键字，我们脑海里应该是，这货在堆内存中开辟了一块空间，我们先从构造函数入手吧。

满怀希望的打开构造函数，好伤心，里面没有任何逻辑，只能从成员变量入手。

发现三个成员变量，size就不多说了，大家猜一下就知道是LinkedList的逻辑长度，初始化为0，并持有两个Node引用，first看名字一猜就是第一个，last看名字就是最后一个，我们先来画一画

初始化完了，在堆内存中就是这个样子，size为0。引用类型的成员变量初始化为null，再来看一看这个Node是什么东东

这是一个内部静态私有类，该类只能在LinkedList中访问，先记住它，debug看一下

和我们图中一致，我们继续执行码里的add方法，看源码

很普通，e是我们往里添加的Person对象“张三”，继续跟踪linkLast方法：

第一次往LinkedList里添加元素，我们看上图11-1就知道，first为null，last也为null，把我们的Person对象“张三”传给了Node的构造函数，再看Node的构造函数：

用Person张三为入参构造了一个Node对象，好了，又到了画图的时候

老规矩，debug一下：

和我们图中所画的一致，我们继续添加“李四”这个Person对象，再打开源码分析一下。

张三这个Node指向新new出来的Node对象，再看Node是怎么创建的

创建Node对象，新new出来的Node对象的prev引用指向包含Person张三的Node对象。item引用指向Person李四对象，继续画图：

看上图，原来的next引用指向新new出来的Node，同时新new出来的Node的prev引用指向原来的Node对象，item指向新new出来的Person李四这个对象，同时perList这个LinkedList对象的last引用指向新new出来的这个Node，再debug看一下

好的，继续添加“王五”，“赵六”

很简单，没有了底层数组，新增加了一个Node对象，记录了Person的内容，每个Node对象都持有next引用(下一个)和prev引用(上一个)，其实就是之前 Java数据结构之线性表 - 知乎专栏 一文里介绍的双向链表，这个图看起来有点乱，多年前我在读这段代码的时候，差点晕过去了，又是next，prew，first，last，容易乱，因此大家在学习源码的过程中，有不明白的地方，找张纸和笔画一画，就清晰了。放张简化版的图，方便大家理解。

夜深了，先休息了，大家有什么看不明白的地方，可以在评论区留言，本文在写作过程中如果有什么勘误，还希望细心的读者提出来，下一篇我们研究LinkedList的查找、插入与删除，并引入时间复杂度来分析。

LinkedList元素的删除原理

清浅池塘

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上一篇文章我们说了LinkedList，并说了往里添加了元素。这篇文章我们来说说LinkedList元素的删除，话不多说，上代码，还是那个Person类

还是那两个属性，name，age，提供了一些简单的get与set方法。写我们的main方法

和前文一样，new了一个LinkedList，并往里添加了四个元素，看过前文的朋友都知道现在LinkedList目前在堆内存中的样子如下图：

现在我们来删除王五这个用户，运行一下

看一下结果

好奇怪，打印返回的删除状态居然是false，代码中明明删掉王五了，为什么打印的结果还是4？如果经常看本专栏文章的人，大概已经猜到了原因，这个王五是新new出来的，并不是perList里的王五，Person这个类没有重写equals方法，删除元素依赖于equals方法，到底是不是呢，我们来看一下源码：

不出所料，又看到了熟悉的equals，真是无处不在，这段代码其实是从第一个Node节点（first节点）开始对比item的值，如果equals成功就执行unlink()方法，并返回删除成功的布尔值true。我们画一画查找王五的这个过程。

大致就是这个样子，就大家仔细看图里的文字描述，现在我们来看看unlink()方法都做了啥

注意，在本示例中，上图的黑色字体注释部分不会执行。好吧，我承认，多年前我看这段代码被绕晕了，prev.next，next.prev都是些什么鬼啊！苍天啊！大地啊！

别怕，上面代码看似烧脑但是逻辑相当简单，就是把包含王五的这个Node从双向链表中移出来，然后把王五相邻的两个Node的next和prev重新指向一下，我们画一下图：

简单吧，debug一下看是不是和图中画的一致，测试代码前别忘了在Person里重写equals方法

debug看一下，已经删除了王五，size也更新成了3。

打印结果也和期待中一样，打印删除状态也为true了。

说到这儿，我们再来看一下ArrayList以对象方式删除元素的源码，来和LinkedList比较一下

再看fastRemove()方法

大体上一致，两者都在元素中循环查找，LinkedList是把Node（包含Person）从链表的移出（通过修改上下节点的引用来实现），ArrayList删除底层数组元素后又把底层数组都往前复制了一格内容（忘记了的朋友可以复习一下，传送门：ArrayList的元素删除），现在我们来比较一下这两者间的时间复杂度。

假设要删除的元素都在这两个List中的第n位置，由于两者都循环查找了n次，省略循环查找这个步骤，说以我们直接看删除，前面的一系列文章中我们已经讲过了，由于ArrayList删除元素后，底层数组要往前复制一格，ArrayList底层数组删除元素时间复杂度为Ｏ(n)。再来看LinkedList，LinkedList底层链表删除元素只是简单的修改了一下引用地址，时间复杂度为O(1)。

由以上推断看来，LinkedList的删除效率似乎要好很多，实际真的如此吗？答案是不一定。下一篇文章我们将写一段代码来分析一下，LinkedList和ArrayList在删除元素时的真实效率。

以上我们说的删除用的是List的如下API

public boolean remove(Object o);

LinkedList还有一种删除方式，用下标方式删除，如下

public E remove(int index);

下一篇文章一起讲解。

注：示例中，用对象的方式来删除元素，只是想告诉大家，这种删除方式是用equals方法来查找元素进而删除的，实际工作中很少遇到需要new一个对象去删除的情况。不建议一上来就重写equals方法，除非你有特殊的需求。如果重写了equals方法，请一并重写hashCode方法，这个问题在说说Java里的equals（中）一文中已经说过了。