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深入理解容器(一)

分类: 文章 • 2024-07-30 15:30:34

容器一

深入理解容器(一)

基本概念

Java容器类类库的用途是保存对象，可以将其分为2个概念。

Collection

一个独立元素的序列，这些元素都服从一条或多条规则。其中List必须按照插入的顺序保存元素、Set不能有重复的元素、Queue按照排队规则来确定对象的产生顺序（通常也是和插入顺序相同）

Map

一组成对的值键对对象，允许用键来查找值。ArrayList允许我们用数字来查找值，它是将数字和对象联系在一起。而Map允许我们使用一个对象来查找某个对象，它也被称为关联数组。或者叫做字典

List

ArrayList

ArrayList基于数组实现，拥有数组的特点：查询元素快(具有索引)；但是在删除和添加数组时效率较低。

ArrayList的实现

private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
transient Object[] elementData; 
//第一种实现
//默认数组长度为0实现
public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
//第二种实现
//数组长度由参数传入实现
 public ArrayList(int initialCapacity) {
        if (initialCapacity > 0) {
            this.elementData = new Object[initialCapacity];
        } else if (initialCapacity == 0) {
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        } else {
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        }
    }
    //第三种实现
    //传入容器参数，转换为数组
    public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
        elementData = c.toArray();
        if ((size = elementData.length) != 0) {
            if (elementData.getClass() != Object[].class)
                elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
        } else {
            // replace with empty array.
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        }
    }

从源码可以看出，ArrayList的实现是依靠数组的.查询时时间复杂度为1
下面我们看下在ArrayList.add(int index,E element)实现中，为何效率会低。

 public void add(int index, E element) {
        rangeCheckForAdd(index);
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                         size - index);
        elementData[index] = element;
        size++;
    }

核心代码

 System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                         size - index);

跟随下去

//参数
//第一个参数：源数组
//第二个参数：源数组索引
//第三个参数：目标数组
//第四个参数：目标数组开始的位置
//第五个参数：需要复制元素的长度
 public static native void arraycopy(Object src,  int  srcPos,
                                        Object dest, int destPos,
                                        int length);

这个意思就是从index索性处每个元素向后移动一位，最后把索引为index空出来，并将element赋值给它。这样一来我们并不知道要插入哪个位置，所以会进行匹配那么它的时间赋值度就为n。

LinkedList

基于链表实现的List，执行查询时效率低，更适合添加和删除元素。特性功能比ArrayList强大，支持Queue和Stack

LinkedList中add的实现
 public void add(int index, E element) {
        checkPositionIndex(index);
        if (index == size)
            linkLast(element);
        else
            linkBefore(element, node(index));
    }

LinkBefore

 void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
        // assert succ != null;
        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++;
    }

先获取插入索引元素的前驱节点，然后把这个元素作为后继节点，然后在创建新的节点，而新的节点前驱节点和获取前驱节点相同，而后继节点则等于要移动的这个元素。所以这里是不需要循环的，从而在插入和删除的时候效率比较高。

Set

Set也是一个集合，但是他的特点是不可以有重复的对象，所以Set最常用的就是测试归属性，很容易的询问出某个对象是否存在Set中。并且Set是具有和Collection完全一样的接口，没有额外的功能，只是表现的行为不同。

HashSet

HashSet查询速度比较快，但是存储的元素是随机的并没有排序

TreeSet

TreeSet是将元素存储红-黑树结构中，所以存储的结果是有顺序

Queue

Queue是队列，队列是典型的先进先出的容器，就是从容器的一端放入元素，从另一端取出，并且元素放入容器的顺序和取出的顺序是相同的。LinkedList提供了对Queue的实现，LinkedList向上转型为Queue。其中Queue有offer、peek、element、pool、remove等方法
offer是将元素插入队尾，返回false表示添加失败。peek和element都将在不移除的情况下返回对头，但是peek在对头为null的时候返回null，而element会抛出NoSuchElementException异常。poll和remove方法将移除并返回对头，但是poll当元素不在队列为null，而remove会抛出NoSuchElementException异常

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