数据结构之ArrayList
首先：讲述ArrayList之前先来说下List,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
List 是一个接口，它是继承于Collection的接口。它代表着<有序>的队列
下面是Java中的集合类的关系图。从中可以大致了解集合类之间的关系
本篇主要讲述 Arraylist
Arraylist初始化方法，最简短的
List<String> strings = new ArrayList<String>(asList("foo", "bar", "baz"))比较常用的
List<String> demo= new ArrayList<>();demo.add("瞎子");demo.add("盲僧");demo.add("李青");demo.add("扫地僧");ArrayList是Java一个很常用的集合类，它相当于一个动态数组，内部的数组大小可以根据元素实际情况自动分配，也可以自己分配大小。
在使用ArrayList的时候，应注意ArrayList并不是线程安全的，如果需要多线程并发操作应当使用CopyOnWriteArrayList(读远大于写的情况)，或者使用Collections工具类的synchronizedList方法将其包装。
ArrayList 中常用的方法
add(E e): 在数组末尾添加元素size(): 数组中实际元素个数，并不是数组容量 add(int index, E e): 在数组指定位置添加元素clear(): 将数组中元素清空contains(E e): 判断数组中是否含有某个元素get(int index): 返回数组指定位置的元素indexOf(E e): 返回数组指定元素第一次出现的位置set(int index, E e): 替换数组指定位置的值remove(int index): 移除数组指定位置的元素remove(E e): 移除数组中第一次出现的指定元素addAll(Collection<? extends E> c): 在数组末尾添加另一个数组 addAll(int index, collection<? extends E> c): 在数组指定位置添加另一个数组 removeAll(Collection<?>c): 将数组中属于数组 c 中的元素全部删除上述方法举例说明：
import java.util.ArrayList;import java.util.Arrays; public class ArrayListTest {class Human{}class Male extends Human{}public static void main(String[] args) {ArrayList<Integer> list1=new ArrayList<Integer>();list1.add(1); // Appends the specified element to the end of this listlist1.add(2);list1.add(3);System.out.println(list1.size());System.out.println(list1);list1.add(2,4); // Inserts the specified element at the specified position in this listSystem.out.println(list1);list1.clear(); // Removes all of the elements from this listSystem.out.println(list1);list1.add(5);ArrayList<Integer> list2=new ArrayList<Integer>();list2.add(1);list2.add(2);list2.add(3);list2.addAll(list1); // Appends all of the elements in the specified collection to the end of this listSystem.out.println(list2);System.out.println(list2.contains(5)); // Judge if this list contains the specified elementSystem.out.println(list2.get(2)); // Returns the element at the specified position in this listSystem.out.println(list2.indexOf(5)); // Returns the index of the first occurrence of the specified element, or -1 if this list doesn't containlist2.set(2, 10); // Replaces the element at the specified position in this list with the specified elementSystem.out.println(list2);list2.remove(2); // Removes the element at the specified position in this listSystem.out.println(list2); list2.remove(Integer.valueOf(1)); // Removes the first occurrence of the specified element from this list, if it is presentSystem.out.println(list2);list2.removeAll(Arrays.asList(5)); // Removes from this list all of its elements that are contained in the specified collection}}一、基本实现
❤️❤️❤️1、ArrayList和Vector使用了数组实现，可以认为它们封装了对内部数组的操作；它们两个底层的实现基本可以认为是一致的，主要的一点区别在于对多线程的支持上面。ArrayList没有对内部的方法做线程的同步，它不是线程安全的，而Vector内部做了线程同步，是线程安全的。
❤️❤️❤️2、LinkedList使用了双向链表数据结构，与基于数组实现的ArrayList和Vector相比，这是一种不同的实现方式，这也决定了他们不同的应用场景。LinkedList链表由一系列列表项构成，一个表项包含三个部分：元素内容、前驱表项和后驱表项，如下图所示
在JDK的实现中，增加了两个节点指针first、last分别指向首尾节点
二、不同之处
我们拿经常使用ArrayList与LinkedList，以增加和删除元素，比较下不同之处
1、增加元素到列表尾端：
❤️在ArrayList中增加元素到列表尾端
public boolean add(E e) { ensureCapacityInternal(size 1); // 确保内部数组有足够的空间 elementData[size ] = e; //将元素加入到数组的末尾，完成添加 return true; }在这个过程当时，add的性能主要是由ensureCapacityInternal方法的实现，我们继续往下跟踪源码
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity)); } private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) { if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); } return minCapacity; } private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) { modCount ; // overflow-conscious code if (minCapacity - elementData.length > 0) grow(minCapacity); } private void grow(int minCapacity) { // overflow-conscious code int oldCapacity = elementData.length; int newCapacity = oldCapacity (oldCapacity >> 1); if (newCapacity - minCapacity < 0) newCapacity = minCapacity; 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); }calculateCapacity方法会根据你对ArrayList初始化的不同，对elmentData这个对象数组进行非空判断。如果它是一个空数组，则返回ArrayList默认容量和新容量比较的最大值，如果不为空则直接返回新容量。接下来在ensureExplicitCapacity方法中判断如果新容量大于elmentData对象数组的长度则调用grow方法对数组进行扩容。
在这里我们可以看到如果ArrayList容量满足需求时，add()其实就是直接对数组进行赋值，性能很高。而当ArraList容量无法满足要求扩容时，需要对之前的数组进行复制操作。因此合理的数组大小有助于减少数组的扩容次数，如果使用时能够预估ArrayList数组大小，并进行初始化，指定容量大小对性能会有所提升。
❤️在LinkedList中增加元素到列表尾端
//尾端插入，即将节点值为e的节点设置为链表的尾节点 void linkLast(E e) { final Node<E> l = last; //构建一个前驱prev值为l,节点值为e,后驱next值为null的新节点newNode final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null); //将newNode作为尾节点 last = newNode; //如果原尾节点为null，即原链表为null，则链表首节点也设置为newNode if (l == null) first = newNode; else //否则，原尾节点的next设置为newNode l.next = newNode; size ; modCount ; }LinkedList由于使用了链表结构，因此不需要维护容量的大小，这是相比ArrayList的优势。但每次元素的增加都需要新建一个node对象，并进行更多的赋值操作。在大数据量频繁的调用过程中，对性能会有所影响。
2、增加元素到任意位置：
void add(int index, E element)由于实现上的不同，ArrayList和LinkedList在这个方法上存在存在一定的性能差异。由于ArrayList是基于数组实现的，而数组是一块连续的内存空间，如果在数组的任意位置插入元素，必然导致在该位置后的所有元素需要重新排列，因此效率会比较低。
❤️ArrayList代码实现如下：
public void add(int index, E element) { rangeCheckForAdd(index); ensureCapacityInternal(size 1); // Increments modCount!! //数组复制 System.arraycopy(elementData, index, elementData, index 1, size - index); elementData[index] = element; size ; }可以看到，ArrayList每次插入操作，都会进行一次数组复制。并且插入的元素在List中位置越靠前，数组重组的开销也越大。
❤️再看LinkedList代码实现
public void add(int index, E element) { checkPositionIndex(index); if (index == size) linkLast(element); else linkBefore(element, node(index)); } Node<E> node(int index) { // assert isElementIndex(index); if (index < (size >> 1)) { //元素位于前半段 Node<E> x = first; for (int i = 0; i < index; i ) x = x.next; return x; } else { //元素位于后半段 Node<E> x = last; for (int i = size - 1; i > index; i--) x = x.prev; return x; } }void linkBefore(E e, Node<E> succ) { // assert succ != null; //指定节点的前驱prev final Node<E> pred = succ.prev; //当前节点的前驱为指点节点的前驱，后继为指定的节点 final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ); //更新指定节点的前驱为当前节点 succ.prev = newNode; //更新前驱节点的后继 if (pred == null) first = newNode; else pred.next = newNode; size ; modCount ;}LinkedList中定位一个节点需要遍历链表，如果新增的位置处于List的前半段，则从前往后找；若其位置处于后半段，则从后往前找。因此指定操作元素的位置越靠前或这靠后，效率都是非常高效的。但如果位置越靠中间，需要遍历半个List，效率较低。因此LinkedList中定位一个节点需要遍历链表，所以下标有关的插入、删除时间复杂度都变为O(n) ；
3、删除任意位置元素
public E remove(int index) 对ArrayList来说，remove()方法和add()方法是相同的，在删除指定位置元素后，都要对数组进行重组。代码如下
public E remove(int index) { rangeCheck(index); modCount ; E oldValue = elementData(index); int numMoved = size - index - 1; if (numMoved > 0) //移动数组 System.arraycopy(elementData, index 1, elementData, index, numMoved); elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work return oldValue; }可见，在进行一次有效删除后，都要进行数组的重组。并且跟add()指定位置的元素一样，删除元素的位置越靠前，重组时的开销就越大，删除的元素位置越靠后，开销越小
❤️再看LinkedList中代码的实现如下
public E remove(int index) { checkElementIndex(index); return unlink(node(index)); } Node<E> node(int index) { // assert isElementIndex(index); if (index < (size >> 1)) { //位置位于前半段 Node<E> x = first; for (int i = 0; i < index; i ) x = x.next; return x; } else { //位置位于后半段 Node<E> x = last; for (int i = size - 1; i > index; i--) x = x.prev; return x; } } E unlink(Node<E> x) { // assert x != null; final E element = x.item; final Node<E> next = x.next; //当前节点的后继 final Node<E> prev = x.prev; //当前节点的前驱 if (prev == null) { first = next; } else { prev.next = next; //更新前驱节点的后继为当前节点的后继 x.prev = null; } if (next == null) { last = prev; } else { next.prev = prev; //更新后继节点的前驱为当前节点的前驱 x.next = null; } x.item = null; size--; modCount ; return element;} 可见跟之前的插入任意位置一样，LinkedList中定位一个节点需要遍历链表，效率跟删除的元素的具体位置有关，所以删除任意位置元素时间复杂度也为O(n) ；
4、随机访问
public E get(int index)首先看ArrayList的实现代码如下
public E get(int index) { rangeCheck(index); return elementData(index); } @SuppressWarnings("unchecked") E elementData(int index) { return (E) elementData[index]; }可见ArrayList随机访问是直接读取数组第几个下标，效率很高。
LinkedList实现代码如下
public E get(int index) { checkElementIndex(index); return node(index).item; } 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; } }相反LinkedList随机访问，每次都需要遍历半个List确定元素位置，效率较低。
优雅的去除list外层两端的 [ ],直接显示列表内容
[1,2,3,4,5,6]StringUtils.strip(list.toString(), "[]")1,2,3,4,5,6结论
通过比较与分析ArrayList与LinkList两种不同实现的的List的功能代码后，我个人感觉两种List的具体使用真的要看实际的业务场景，有些具体的功能如新增删除等操作根据实际情况，效率不可一概而论。在这里进行简单的分析只是为了个人加强理解，如有其它见解 欢迎交流意见。