ArrayList与顺序表的简单理解

本文介绍: 本篇主要讲解了arraylist的基本操作的底层实现原理

前言—-list

在集合框架中，List是一个接口，继承自Collection。Collection也是一个接口，该接口中规范了后序容器中常用的一些方法，具体如下所示：

Iterable也是一个接口，表示实现该接口的类是可以逐个元素进行遍历的，具体如下：

从数据结构的角度来看，List就是一个线性表，即n个具有相同类型元素的有限序列，在该序列上可以执行增删改查以及变量等操作。

要知道List是个接口，并不能直接用来实例化。如果要使用，必须去实例化List的实现类。在集合框架中，ArrayList和LinkedList都实现了List接口，具体使用参考下文。

1.线性表

线性表（linear list）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：顺序表、链表、栈、队列… 线性表在逻辑上是线性结构，也就说是连续的一条直线。但是在物理结构上并不一定是连续的，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。

2.顺序表

顺序表是用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。

3. ArrayList简介

在集合框架中， ArrayList 是一个普通的类，实现了 List 接口，具体框架图如下：

【说明】

1. ArrayList是以泛型方式实现的，使用时必须要先实例化

2. ArrayList实现了RandomAccess接口，表明ArrayList支持随机访问

        3. ArrayList 实现了 Cloneable 接口，表明 ArrayList 是可以 clone 的
        4. ArrayList 实现了 Serializable 接口，表明 ArrayList 是支持序列化的
        5. 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 CopyOnWriteArrayList
        6. 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（物理地址连续的存储单元依次存储数据元素的线性结构）

3.1 ArrayList的构造

1ArrayList()—>空参构造

 public static void main(String[] args) {
       ArrayList<Integer&gt; arrayList = new ArrayList<&gt;();
       arrayList.add(2023);
       arrayList.add(11);
       arrayList.add(28);
    }

底层代码逻辑：

2.2ArrayList(Collection<? extends E> c)——–>利用其他 Collection 构建 ArrayList

<? extends E>——————————>
该语句规定了ArrayList类的类型上界，即被用来存储到arraylist 类中数组空间 element data里的元素的类型上限是E，后面定义要被装载的元素类型必须是E本身或者E的子类。

public static void main(String[] args) {
       ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
       list.add(-1);
       list.add(100);
       list.add(200);
       ArrayList<Number> list12 = new ArrayList<>(list);
       list12.add(-100);
       System.out.println(list12);
    }

代码执行结果如下图所示：

我们构造的list（1、实现了 collection接口，能够支持一些规范的容器操作；2、是支持小于等于interger类数据的存储），可以传递到list12里（1、list12实现了collection接口，2、它支持的数据类型<=number,已知interger< number）

2.3ArrayList(int initialCapacity)—–>指定顺序表初始容量

 public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<>(2);
        arrayList.add(100);
        arrayList.add(200);
    }

源码分析：

all in all：

3.2 ArrayList常见操作

一般来说常见的方法如下图所示：

下面来对一些较为重要的方法通过源代码来进行分析：

1.boolean add(E e) ——>尾插 e

首先arraylist的底层设置，默认容量为10；

当我们执行完成以上代码的第一句时，虽然我们有默认为10的存储空间，但是当前却没有给顺序表list分配；当执行完第二句（即第一句add语句）时，我们才会分配一个容量为10的空间给list；

当我们一直执行add操作，为了确保一直有存储空间来存储数据，在每一次add语句执行添加元素之前，语句会提前检查剩余的容量是否足够，当容量不足以存储数据时，会提前对空间容量进行扩容，且扩容是在前一个容量的数量上乘以1.5(即1.5倍扩容)

具体如下图展示：

        小结：
        1. 检测是否真正需要扩容之后，最后是通过调用 grow 进行扩容
        2. 预估需要库容的大小初步预估按照1.5 倍大小扩容（1、初步预估按照1.5倍大小扩容；2、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；3、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）
        3. 也可以使调用 co pyOf 方法进行扩容

2. void add(int index, E element)

在 list 的 index 位置插入指定元素， index 及后续的元素统一往后移动一个位置，下图为底层原码：

3.List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) —->

理解：使用list中[0, 4)之间的元素构成一个新的SubList返回,但是和ArrayList共用一个elementData数组;Sub:截取产生的list，不是新产生的，而是直接将原来list相对应位置的地址传递到新的list当中。

 public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> arraylist = new ArrayList<>();
        arraylist.add(2023);
        arraylist.add(11);
        arraylist.add(28);
        List<Integer> sub = arraylist.subList(1, 3);
        System.out.println(sub);
        sub.set(0,100000);
        System.out.println(sub);
        System.out.println(arraylist);
    }

运行结果展示：

该操作构成一个新的list返回,但是和arrayList共用一个数组，不会产生一个新的对象，所以在新list上进行修改数值时，由于指向的部分引用相同，会导致就list的数值也会发生变化。如下下图分析所示：

3.3 ArrayList的遍历

ArrayList 可以使用三方方式遍历：for循环、foreach、使用迭代器

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.print(list.get(i) + " ");
}
System.out.println();
// 借助foreach遍历
for (Integer integer : list) {
System.out.print(integer + " ");
}
System.out.println();
Iterator<Integer> it = list.listIterator();
while(it.hasNext()){
System.out.print(it.next() + " ");
}
System.out.println();
}