> Java 中的 List 是非常常用的資料型別。List 是有序的 Collection，Java List 一共有三個實現類，分別是：ArrayList、Vector、LinkedList
> 本文分析基於 JDK8
## ArrayList ArrayList 繼承自 AbstractList，實現了 List 介面。底層基於陣列實現容量大小動態變化，初始容量為 10，允許值為 null，有序，非執行緒安全，擅長隨機訪問 ArrayList 還實現了 RandomAccess、Cloneable、Serializable 介面，所以 ArrayList 是支援快速訪問、複製、序列化的 - RandomAccess 標記介面，用來表明其支援快速隨機訪問。如果是實現了這個介面的 List，那麼使用 for 迴圈的方式獲取資料會優於用迭代器獲取資料 - Serializable 標記該類支援序列化 - Cloneable 允許在堆中克隆出一塊和原物件一樣的物件，並將這個物件的地址賦予新的引用。ArrayList 提供的是一種深克隆機制，即克隆除自身物件以外的所有物件，包括自身所包含的所有物件例項。實現方式是先呼叫 super.clone() 方法克隆出一個新物件，然後再手動將原陣列中的值複製到一個新的陣列，並賦值
## ArrayList 擴容機制 擴容機制應該是面試中最常問的了。其他關於 ArrayList 的一些瑣碎方法我就不細說了，主要介紹一下擴容機制。首先了解一下 ArrayList 的成員屬性 ```java // 表示 ArrayList 的預設容量大小 private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; // 一個空的 Object 陣列物件，長度為 0，如果使用預設建構函式建立，則 elementData 預設是該值 private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}; // 最大容量 private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8; // ArrayList 中存放的實際元素個數 private int size; // 當前元素物件存放的陣列，不參與序列化 transient Object[] elementData; ``` 執行 add 方法時，會先執行 ensureCapacityInternal 方法，判斷當前陣列容量是否足夠，不夠就擴容。然後將待新增元素加到 elementData 末尾 ```java public boolean add(E e) { ensureCapacityInternal(size + 1); 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++; // minCapacity > elementData.length 則擴容 if (minCapacity - elementData.length > 0) grow(minCapacity); } ``` 再分析一下 ensureCapacityInternal 方法，此時 minCapacity 是 size + 1，這裡有兩個巢狀方法 calculateCapacity 和 ensureExplicitCapacity，作用分別如下： - calculateCapacity 如果當前陣列為空，則先設定容量為預設值 10，此時還未初始化陣列 - ensureExplicitCapacity 確認實際的容量，如果不夠就擴容，關鍵的擴容函式 grow 就在這裡 擴充套件陣列大小，首先將容量擴大為原來的 1.5 倍，如果陣列是空陣列，則將陣列初始化，預設容量為 10，如果不是，再判斷是否超出最大容量，超過直接賦予最大值，否則賦予新值，複製原陣列到新陣列 ```java private void grow(int minCapacity) { // 擴容前的容量 int oldCapacity = elementData.length; // oldCapacity 右移一位，等於除以二 int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // 擴容之後還是不夠，直接賦予新值 if (newCapacity - minCapacity < 0) newCapacity = minCapacity; // 擴容之後超出最大容量，直接賦予最大值 if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); // 複製原陣列的值到新陣列 elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); } ```
## LinkedList LinkedList 繼承自 AbstractSequentialList，實現了 List 和 Deque 介面，基於雙向連結串列實現，每個節點都包含了對前一個和後一個元素的引用，可以被當作堆疊、佇列或雙端佇列進行操作，有序，非執行緒安全 ```java // 指向連結串列的第一個節點 transient Node first; // 指向連結串列的最後一個節點 transient Node last; ``` JDK8 中 LinkedList 有一個靜態內部類 Node，它包括的屬性有：當前節點所包含的值，上一個節點，下一個節點 ```java private static class Node { E item; Node next; Node prev; Node(Node prev, E element, Node next) { this.item = element; this.next = next; this.prev = prev; } } ``` 除此之外就沒啥好分析的了，LinkedList 不存在容量不足的問題，克隆函式也是將所有元素全都克隆到新的 LinkedList 物件
## Vector Vector 是一個向量佇列，和 ArrayList 類似，繼承自 AbstractList，實現了 List 介面，就連額外介面也是一樣。不同之處在於： - Vector 使用 synchronized 保證執行緒同步 - Vector 中遺留了大量傳統的方法，這些方法不屬於集合框架 Vector 有四個構造方法 ```java // 建立一個預設大小為 10 的向量 public Vector() // 建立指定大小的向量 public Vector(int initialCapacity) // 建立指定大小的向量，並且指定增量。增量表示向量每次增加的元素數目 public Vector(int initialCapacity, int capacityIncrement) // 建立一個包含集合 c 元素的向量 public Vector(Collection c) ``` Vector 的資料結構和 ArrayList 差不多，它包含了三個成員變數： ```java // 存放元素的動態陣列 protected Object[] elementData; // 動態陣列的實際大小 protected int elementCount; // 動態陣列的增長係數 protected int capacityIncrement; ``` 隨著 Vector 中元素的增加，Vector 的容量也會動態增長，capacityIncrement 是與容量增長相關的增長係數，具體增長細節在 grow 函式中，和 ArrayList 類似 ```java private void grow(int minCapacity) { int oldCapacity = elementData.length; // 如果 capacityIncrement > 0，新的容量大小 = 舊的容量大小 + 增長係數 // 否則容量擴大為原來的兩倍 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); } ```
## Stack Stack 是 Vector 的子類，實現了一個標準的後進先出的棧。Stack 也是通過陣列實現的，當然了，我們也可以將 LinkedList 當作棧來使用 Stack 只定義了預設建構函式，用來建立一個空棧 ```java public Stack() ``` Stack 除了具有 Vector 的所有 API，還有自己實現的方法 ```java // 判斷堆疊是否為空 public boolean empty() // 檢視堆疊頂部的物件，但不從堆疊中移除它 public synchronized E peek() // 移除堆疊頂部的物件，並作為此函式的值返回該物件 public synchronized E pop() // 把物件壓入堆疊頂部 public E push(E item) // 返回物件在堆疊中的位置，以 1 為基數 public synchronized int search(Object o) ``` Stack 的擴容機制基於 Vector，不過由於沒有指定增長係數，所有預設為 0，每次擴容陣列長度增大為原來的兩倍