Java集合系列(二)：ArrayList、LinkedList、Vector的使用方法及区别

本篇博客主要讲解List接口的三个实现类ArrayList、LinkedList、Vector的使用方法以及三者之间的区别。

注意：本文中代码使用的JDK版本为1.8.0_191

1. ArrayList使用

ArrayList是List接口最常用的实现类，内部通过数组来实现，因此它的优点是适合随机查找和遍历，缺点是不适合插入和删除。

ArrayList类的代码声明如下所示：

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
}

1.1 添加元素

使用ArrayList添加元素有以下两个重载：

boolean add(E e);
    
void add(int index, E element);

boolean add(E e);是将元素添加到集合的末尾，

void add(int index, E element);是将元素添加到指定的索引位置(索引是从0开始的)。

使用方法如下所示：

List<String> platformList = new ArrayList<>();

// 添加元素
platformList.add("博客园");
platformList.add("掘金");
platformList.add("微信公众号");

// 添加重复元素,会添加成功,因为List支持添加重复元素
platformList.add("博客园");
platformList.add("掘金");


platformList.add(3, "个人博客");

1.2 获取元素

获取ArrayList中指定索引处的元素的使用方法如下所示：

System.out.println("索引为3的元素为：" + platformList.get(3));

如果指定的索引超出了集合的最大索引，比如platformList.get(6)就会抛出异常java.lang.IndexOutOfBoundsException：

1.3 获取集合元素个数

获取ArrayList元素个数的使用方法如下所示：

System.out.println("platformList的元素个数为：" + platformList.size());

1.4 删除元素

使用ArrayList删除元素有以下两个重载：

E remove(int index);

boolean remove(Object o);

E remove(int index);是删除集合中指定索引处的元素，boolean remove(Object o);是删除集合中的指定元素。

使用方法如下所示：

// 指定索引删除重复的元素 "博客园" "掘金"
platformList.remove(4);
platformList.remove(4);
// 删除指定元素 "个人博客"
platformList.remove("个人博客");

1.5 修改元素

修改ArrayList中指定索引处的元素值的使用方法如下所示：

platformList.set(0, "博客园：https://www.cnblogs.com/zwwhnly/");
platformList.set(1, "掘金：https://juejin.im/user/5c7ce730f265da2dca388167");
platformList.set(2, "微信公众号：申城异乡人");

1.6 判断集合是否为空

判断ArrayList是否为空的使用方法如下所示：

System.out.println("isEmpty:" + platformList.isEmpty());

1.7 遍历元素(面试常问)

遍历ArrayList的元素主要有以下3种方式：

1. 迭代器遍历
2. for循环
3. foreach循环

使用方法如下所示：

System.out.println("使用Iterator遍历：");
Iterator<String> platformIterator = platformList.iterator();
while (platformIterator.hasNext()) {
    System.out.println(platformIterator.next());
}

System.out.println();
System.out.println("使用for循环遍历：");
for (int i = 0; i < platformList.size(); i++) {
    System.out.println(platformList.get(i));
}

System.out.println();
System.out.println("使用foreach遍历：");
for (String platform : platformList) {
    System.out.println(platform);
}

1.8 清空集合

清空ArrayList中所有元素的使用方法如下所示：

platformList.clear();

1.9 完整示例代码

上面讲解的几点，完整代码如下所示：

public static void main(String[] args) {
    List<String> platformList = new ArrayList<>();

    // 添加元素
    platformList.add("博客园");
    platformList.add("掘金");
    platformList.add("微信公众号");

    // 添加重复元素,会添加成功,因为List支持添加重复元素
    platformList.add("博客园");
    platformList.add("掘金");


    platformList.add(3, "个人博客");

    System.out.println("索引为3的元素为：" + platformList.get(3));
    System.out.println("platformList的元素个数为：" + platformList.size());

    // 指定索引删除重复的元素 "博客园" "掘金"
    platformList.remove(4);
    platformList.remove(4);
    // 删除指定元素 "个人博客"
    platformList.remove("个人博客");

    System.out.println("platformList的元素个数为：" + platformList.size());

    platformList.set(0, "博客园：https://www.cnblogs.com/zwwhnly/");
    platformList.set(1, "掘金：https://juejin.im/user/5c7ce730f265da2dca388167");
    platformList.set(2, "微信公众号：申城异乡人");

    System.out.println("isEmpty:" + platformList.isEmpty());

    System.out.println("使用Iterator遍历：");
    Iterator<String> platformIterator = platformList.iterator();
    while (platformIterator.hasNext()) {
        System.out.println(platformIterator.next());
    }

    System.out.println();
    System.out.println("使用for循环遍历：");
    for (int i = 0; i < platformList.size(); i++) {
        System.out.println(platformList.get(i));
    }

    System.out.println();
    System.out.println("使用foreach遍历：");
    for (String platform : platformList) {
        System.out.println(platform);
    }

    System.out.println();

    // 清空集合
    platformList.clear();
    System.out.println("isEmpty:" + platformList.isEmpty());
}

输出结果为：

索引为3的元素为：个人博客

platformList的元素个数为：6

platformList的元素个数为：3

isEmpty:false

使用Iterator遍历：

博客园：https://www.cnblogs.com/zwwhnly/

掘金：https://juejin.im/user/5c7ce730f265da2dca388167

微信公众号：申城异乡人

使用for循环遍历：

博客园：https://www.cnblogs.com/zwwhnly/

掘金：https://juejin.im/user/5c7ce730f265da2dca388167

微信公众号：申城异乡人

使用foreach遍历：

博客园：https://www.cnblogs.com/zwwhnly/

掘金：https://juejin.im/user/5c7ce730f265da2dca388167

微信公众号：申城异乡人

isEmpty:true

2. LinkedList使用

LinkedList也是List接口的实现类，内部使用链表结构存储数据，因此它的优点是适合动态插入和删除元素，缺点是随机查找和遍历速度比较慢。

LinkedList类的代码声明如下所示：

public class LinkedList<E>
    extends AbstractSequentialList<E>
    implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
}

LinkedList类的使用方法和ArrayList基本一样，只需修改下声明处的代码即可：

List<String> platformList = new LinkedList<>();

3. Vector使用

Vector也是List接口的实现类，内部也是通过数组来实现。

Vector类的代码声明如下所示：

public class Vector<E>
    extends AbstractList<E>
    implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
}

与ArrayList不同的是，Vector是线程安全的，即某一时刻只有一个线程能够写Vector，避免多线程同时写而引起的不一致性。不过这也造成Vector的缺点：实现线程的同步需要额外的花费，因此它的访问速度会比ArrayList慢一些。

可以认为Vector是ArrayList在多线程环境下的实现版本。

所以Vector类的使用方法和ArrayList基本一样，只需修改下声明处的代码即可：

List<String> platformList = new Vector<>();

由于要支持线程同步，因此Vector类的很多方法都有synchronized关键字，如下所示：

public synchronized boolean isEmpty() {
    return elementCount == 0;
}

public synchronized int size() {
    return elementCount;
}

public synchronized void addElement(E obj) {
    modCount++;
    ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
    elementData[elementCount++] = obj;
}

4. ArrayList、LinkedList、Vector的区别(面试常问)

4.1 相同点

ArrayList、LinkedList、Vector都实现了List接口，所以使用方式很类似，通过上面的示例也能发现这一点。

4.2 不同点

但是ArrayList、LinkedList、Vector的内部实现方式不同，也就导致了它们之间是有区别的。

4.2.1 存储结构

ArrayList和Vector是基于数组实现的，LinkedList是基于双向链表实现的。

这也就导致ArrayList适合随机查找和遍历，而LinkedList适合动态插入和删除元素。

关于数组和双向链表，这里不做详解，后续会单独写篇文章总结。

4.2.2 线程安全性

ArrayList和LinkedList是线程不安全的，Vector是线程安全的。

Vector可以看做是ArrayList在多线程环境下的另一种实现方式，这也导致了Vector的效率没有ArraykList和LinkedList高。

如果要在并发环境下使用ArrayList或者LinkedList，可以调用Collections类的synchronizedList()方法：

Collections.synchronizedList(platformList);

4.2.3 扩容机制

ArrayList和Vector都是使用Object类型的数组来存储数据的，ArrayList的默认容量是0，Vector的默认容量是10。

空说无凭，我们先看下ArrayList的使用示例：

List<String> strArrayList = new ArrayList<>();

for (int i = 0; i < 20; i++) {
    strArrayList.add(String.valueOf(i));
}

执行的ArrayList构造函数的源码为：

transient Object[] elementData;

public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

再看下Vector的使用示例：

List<String> strVector = new Vector<>();

for (int i = 0; i < 30; i++) {
    strVector.add(String.valueOf(i));
}

执行的Vector构造函数的源码为：

protected Object[] elementData;
protected int capacityIncrement;

public Vector() {
    this(10);
}

public Vector(int initialCapacity) {
    this(initialCapacity, 0);
}

public Vector(int initialCapacity, int capacityIncrement) {
      super();
      if (initialCapacity < 0)
          throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
      this.elementData = new Object[initialCapacity];
      this.capacityIncrement = capacityIncrement;
}

当向这两种类型中添加元素时，若容量不够，就会进行扩容，扩容的本质是产生一个新数组，将原数组的数据复制到新数组，再将新的元素添加到新数组中，使用的方法是Arrays.copyOf()，其中ArrayList扩容后的容量是之前的1.5倍，Vector默认情况下扩容后的容量是之前的2倍。

仍然使用上面的ArrayList的例子：

List<String> strArrayList = new ArrayList<>();

for (int i = 0; i < 20; i++) {
    strArrayList.add(String.valueOf(i));
}

在执行完List<String> strArrayList = new ArrayList<>();后，此时strArrayList的容量是0，

然后在添加第1个元素时，strArrayList的容量会扩容为容量10，

当添加第11个元素时，strArrayList的容量会扩容为容量15，

当添加第16个元素时，strArrayList的容量会扩容为容量22，

如果还需要扩容，依次会扩容到33-->49。

看下ArrayList的源码，就明白为什么会这样扩容：

private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

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);
}

最核心的代码就是int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);，所以ArrayList扩容后的容量是之前的1.5倍。

再看下上面的Vector例子：

List<String> strVector = new Vector<>();

for (int i = 0; i < 30; i++) {
    strVector.add(String.valueOf(i));
}

在执行完List<String> strVector = new Vector<>();后，此时strVector的容量是10，

当添加第11个元素时，strVector的容量会扩容为容量20，

当添加第21个元素时，strVector的容量会扩容为容量40，

如果还需要扩容，依次会扩容到80-->160。

看下Vector的源码，就明白为什么会这样扩容：

public synchronized void addElement(E obj) {
    modCount++;
    ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
    elementData[elementCount++] = obj;
}

private void ensureCapacityHelper(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

private void grow(int minCapacity) {
     // overflow-conscious code
     int oldCapacity = elementData.length;
     int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ?
                                      capacityIncrement : oldCapacity);
     if (newCapacity - minCapacity < 0)
         newCapacity = minCapacity;
     if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
         newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
     elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

最核心的代码就是int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ?capacityIncrement : oldCapacity);，所以Vector默认情况下扩容后的容量是之前的2倍。

4.2.4 效率

ArrayList随机查找和遍历的效率会高一些，但动态插入和删除元素的效率会低一些。

LinkedList动态插入和删除元素的效率会高一些，但随机查找和遍历的效率会低一些。

如果需要在多线程下操作集合元素，建议使用Vector，否则的话，建议使用ArrayList。

5. 源码及参考

ArrayList、LinkedList、Vector的区别和实现原理

Java深入 - 深入理解Java集合

Java进阶(四十六)简述ArrayList、Vector与LinkedList的异同点

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