Java 常用 List 集合使用场景分析，springboot 项目实战

作者：MySQL神话

2021 年 11 月 27 日
本文字数：3783 字
阅读完需：约 12 分钟

技术：ArrayList，LinkedList，Vector，CopyOnWriteArrayList

说明：本章基于 jdk1.8，github 上有 ArrayList，LinkedList 的简单源码代码

源码：https://github.com/ITDragonBlog/daydayup/tree/master/Java/collection-stu

知识预览

ArrayList?: 基于数组实现的非线程安全的集合。查询元素快，插入，删除中间元素慢。

LinkedList?: 基于链表实现的非线程安全的集合。查询元素慢，插入，删除中间元素快。

Vector?: 基于数组实现的线程安全的集合。线程同步（方法被 synchronized 修饰），性能比 ArrayList 差。

CopyOnWriteArrayList?: 基于数组实现的线程安全的写时复制集合。线程安全（ReentrantLock 加锁），性能比 Vector 高，适合读多写少的场景。

ArrayList 和 LinkedList 读写快慢的本质

ArrayList : 查询数据快，是因为数组可以通过下标直接找到元素。写数据慢有两个原因：一是数组复制过程需要时间，二是扩容需要实例化新数组也需要时间。

LinkedList : 查询数据慢，是因为链表需要遍历每个元素直到找到为止。写数据快有一个原因：除了实例化对象需要时间外，只需要修改指针即可完成添加和删除元素。

本章会通过源码分析，验证上面的说法。

注：这里的块和慢是相对的。并不是 LinkedList 的插入和删除就一定比 ArrayList 快。明白其快慢的本质：ArrayList 快在定位，慢在数组复制。LinkedList 慢在定位，快在指针修改。

ArrayList

ArrayList 是基于动态数组实现的非线程安全的集合。当底层数组满的情况下还在继续添加的元素时，ArrayList 则会执行扩容机制扩大其数组长度。ArrayList 查询速度非常快，使得它在实际开发中被广泛使用。美中不足的是插入和删除元素较慢，同时它并不是线程安全的。

我们可以从源码中找到答案

// 查询元素 public E get(int index) { rangeCheck(index); // 检查是否越界 return elementData(index); } // 顺序添加元素 public boolean add(E e) { ensureCapacityInternal(size + 1); // 扩容机制 elementData[size++] = e; return true; } // 从数组中间添加元素 public void add(int index, E element) { rangeCheckForAdd(index); // 数组下标越界检查 ensureCapacityInternal(size + 1); // 扩容机制 System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index); // 复制数组 elementData[index] = element; // 替换元素 size++; } // 从数组中删除元素 private void fastRemove(int index) { modCount++; int numMoved = size - index - 1; if (numMoved > 0) System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work }

从源码中可以得知，

ArrayList 在执行查询操作时：

第一步：先判断下标是否越界。

第二步：然后在直接通过下标从数组中返回元素。

ArrayList 在执行顺序添加操作时：

第一步：通过扩容机制判断原数组是否还有空间，若没有则重新实例化一个空间更大的新数组，把旧数组的数据拷贝到新数组中。

第二步：在新数组的最后一位元素添加值。

ArrayList 在执行中间插入操作时：

第一步：先判断下标是否越界。

第二步：扩容。

第三步：若插入的下标为 i，则通过复制数组的方式将 i 后面的所有元素，往后移一位。

第四步：新数据替换下标为 i 的旧元素。

删除也是一样：只是数组往前移了一位，最后一个元素设置为 null，等待 JVM 垃圾回收。

从上面的源码分析，我们可以得到一个结论和一个疑问。

结论是：ArrayList 快在下标定位，慢在数组复制。

疑问是：能否将每次扩容的长度设置大点，减少扩容的次数，从而提高效率？其实每次扩容的长度大小是很有讲究的。若扩容的长度太大，会造成大量的闲置空间；若扩容的长度太小，会造成频发的扩容(数组复制)，效率更低。

LinkedList

LinkedList 是基于双向链表实

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现的非线程安全的集合，它是一个链表结构，不能像数组一样随机访问，必须是每个元素依次遍历直到找到元素为止。其结构的特殊性导致它查询数据慢。

我们可以从源码中找到答案

// 查询元素 public E get(int index) { checkElementIndex(index); // 检查是否越界 return node(index).item; } Node<E> node(int index) { if (index < (size >> 1)) { // 类似二分法 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; } } // 插入元素 public void add(int index, E element) { checkPositionIndex(index); // 检查是否越界 if (index == size) // 在链表末尾添加 linkLast(element); else // 在链表中间添加 linkBefore(element, node(index)); } void linkBefore(E e, Node<E> succ) { final Node<E> pred = succ.prev; final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ); succ.prev = newNode; if (pred == null) first = newNode; else pred.next = newNode; size++; modCount++; }

从源码中可以得知，

LinkedList 在执行查询操作时：

第一步：先判断元素是靠近头部，还是靠近尾部。

第二步：若靠近头部，则从头部开始依次查询判断。和 ArrayList 的elementData(index)相比当然是慢了很多。

LinkedList 在插入元素的思路：

第一步：判断插入元素的位置是链表的尾部，还是中间。

第二步：若在链表尾部添加元素，直接将尾节点的下一个指针指向新增节点。

第三步：若在链表中间添加元素，先判断插入的位置是否为首节点，是则将首节点的上一个指针指向新增节点。否则先获取当前节点的上一个节点（简称 A），并将 A 节点的下一个指针指向新增节点，然后新增节点的下一个指针指向当前节点。

Vector

Vector 的数据结构和使用方法与 ArrayList 差不多。最大的不同就是 Vector 是线程安全的。从下面的源码可以看出，几乎所有的对数据操作的方法都被 synchronized 关键字修饰。synchronized 是线程同步的，当一个线程已经获得 Vector 对象的锁时，其他线程必须等待直到该锁被释放。从这里就可以得知 Vector 的性能要比 ArrayList 低。

若想要一个高性能，又是线程安全的 ArrayList，可以使用Collections.synchronizedList(list);方法或者使用 CopyOnWriteArrayList 集合

最后

小编在这里分享些我自己平时的学习资料，由于篇幅限制，pdf 文档的详解资料太全面，细节内容实在太多啦，所以只把部分知识点截图出来粗略的介绍，每个小节点里面都有更细化的内容！

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