ArrayList与线性表详解

1.线性表

线性表是n个具有相同特性的数据元素的有限序列。线性表是一种在实际中广泛使用的数据结构，常见的线性表有：顺序表、链表、队列......

线性表在逻辑上是线性结构，也就是说是连续的一条直线。但是在物理结构上不一定是连续的，线性表在物理上存储时，通常以数组和链式结构的形式存储。

我们来看一下顺序表和链表的区别，如下图所示：

2.顺序表

即是一段物理地址连续的存储单元依次存储数据元素的线性结构，一般情况下采用数组存储，在数组上完成数据的增删查改。

2.1接口的实现

java 复制代码

public class SeqList {
    private int[] array;
    private int[] size;
    //默认构造方法
    SeqList() { }
    //将顺序表底层容量设置为initcapcity
    SeqList(int initcapacity) { }
    //新增元素，默认在数组最后新增
    public void add(int data) { }
    //在pos位置新增元素
    public boolean contains(int toFind) { return ture;}
    //判断是否包含某个元素
    public int indexOf(int toFind) {return -1;}
    //查找某个元素对应的位置
    public int get(int pos){return -1;}
    //获取pos位置的元素
    public void set(int pos,int value) { }
    //给pos位置设置为value
    public void remove(int toremove) { }
    //删除第一次出现的关键字key
    public int size() {return 0;}
    //获取顺序表长度
    public void clear(){ }
    //清空顺序表
    public void display(){ }
    //打印顺序表，注意：该方法并不是顺序表中的方法，为了方便看到测试结果给出的
}

3.ArrayList

在集合框架中，ArrayList是一个普通类，实现了List接口，具体框架如下：

需要注意的是以下几点：

ArrayList是以泛型方式实现的，使用时必须先要实例化
ArrayList实现了RandomAccess接口，表明ArrayList支持随机访问
ArrayList实现了Serializable接口，表明ArrayList是支持序列化的
ArrayList实现了Cloneable接口，表明ArrayList是支持clone的
和Vector不同，ArrayList不是线程安全的，在单线程下可以使用，在多线程中可以选择Vector或者CopyOnWriteArrrayList
ArrayList底层是一段连续的空间，并且可以动态扩容，是一个动态类型的顺序表

3.关于使用

3.1关于构造

|----------------------------------------|---------------------------|
| 方法 | 解释 |
| ArrayList() | 无参构造 |
| ArrayList(Collection<? extends E> c) | 利用其他Collection构建ArrayList |
| ArrayList(int initialCapacity) | 指定顺序表初始z |

我们直接先来看一段代码：

java 复制代码

public static void main(String[] args) {
    //构造一个空的列表
    List<Integer> list1=new ArrayList<>();
    //构造一个具有10容量的列表
    List<Integer> list2=new ArrayList<>();
    list2.add(1);
    list2.add(2);
    list2.add(3);
    //list3创建好了以后，与list中的元素一致
    ArrayList<Integer> list3=new ArrayList<>(list);
    //避免省略类型，否则：任意类型的元素都可以不存放，使用时将会出现大问题
    List list4=new ArrayList<>(list2);
    list4.add("111");
    list.add(100);
}

3.2常见的操作

|----------------------------------------------|------------------------|
| 方法 | 解释 |
| boolean add (E e) | 尾插e |
| void add (int index,E elemt) | 将e插入到index位置 |
| boolean addAll(Collection<? extends E>c) | 尾插c中元素 |
| E remove (int index) | 删除index位置元素 |
| boolean remove (Object o) | 删除遇到的第一个o |
| E get (int index) | 获取下标index位置元素 |
| E set (int index,E element) | 将下标index位置元素设置为element |
| void clear() | 清空 |
| boolean contains(Object o) | 判断o是否在线性表中 |
| int indexOf(Object o) | 返回第一个o所在下标 |
| int lastindexOf(Object o) | 返回最后一个o下标 |
| List<E> subList(int fromIndex,int toIndex) | 截取部分list |

3.3关于遍历

ArrayList可以使用三种方式遍历，即：for循环+下标，foreach，使用迭代器。

java 复制代码

public static void main(String[] args) {
    List<Integer> list =new ArrayList<>();
    list.add(1);
    list.add(2);
    list.add(3);
    list.add(4);
    list.add(5);
    //使用下标+for遍历
    for(int i=0;i<list.size();i++) {
        System.out.println(list.get(i)+" ");
    }
    System.out.println();
    //借助foreach遍历
    for(Integer integer:list) {
        System.out.print(integer+" ");
    }
    System.out.println();
    Inerator<Integer> it=list.listlterator();
    while(it.hasNext()) {
        System.out.print(it.next()+" ");
    }
    System.out.println();
}

注意：

ArrayList最长使用的遍历方式是：for循环+下标以及foreach
迭代器是设计模式的一种，在容器这个内容会涉及到这里就不过多赘述了

3.4ArrayList的扩容机制

ArrayList是一个动态类型的顺序表，即：在插入元素的过程中会自动扩容。以下是ArrayList源码中的扩容方式。

java 复制代码

Object[] elementData;//
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA={};//
private static final int DEFAULT_CAPACITY=0;//
public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size+1);
    elementData[size++]=e;
    return true;
}
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elemnet Data,minCapacity));
}
private void int calculateCapacity(Object[] elementData,int minCapacity) {
    if(elementData==DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        return Math.max(DEFAULT_EMPTY_ELEMENTDATA);    
    }
    return minCapacity;
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;
    if(minCapacity-elementData.length>0)
        grow(minCapacity);
}
private static final int MAX_ARRAY_SIZE=Integer.MAX_VALUE-8;
private void grow(int minCapacity) {
    //获取旧空间大小
    int oldCapacity=elementData.length;
    //按照1.5倍方式扩容
    int newCapacity=oldCapacity+(oldCapacity>>1);
    //如果用户需要扩容大小超过原空间1.5倍，按照用户所需大小扩容
    if(newCapacity-minCapacity<0)
        newCapacity=minCapacity;
    if(newCapacity-MAX_ARRAY_SIZE>0)
        newCapacity=hugeCapacity(minCapacity);
    //调用copyOf扩容
    elementData=Arrays.copyOf(elementData,newCapacity);
}

private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
    //如果minCapacity小于0，抛出OutOfMemoryError异常
    if(minCapacity<0)
        throw new OutOfMemoryError();
    return (minCapacity>MAX_ARRAY_SIZE)?Integer.MAX_VALUE:MAX_ARRAY_SIZE;
}

总结：

检测是否真正需要扩容，如果是调用grow准备扩容
预估需要库容的大小，初步预估按照1.5倍大小扩容，如果用户所需大小超过预估1.5倍大小则按照用户所需大小扩容，真正扩容之前检测是否能扩容成功，防止太大导致扩容失败。
使用copyOf进行扩容