LinkedList、ArrayList、Vector、Stack的實現原理和差異

相互關係

• LinkedList、ArrayList、Vector 都繼承自 AbstractList；都實現了 List 接口，主要包括 size(), isEmpty(), contains(Object), iterator(), toArray(), add(E), remove(), get(int), sort(), clear(), set(int, E), subList(int, int), listIterator() 等方法。
• LinkedList 實現了 Deque 接口（主要是對首尾元素的添加刪除方法）， Vector 和 ArrayList 實現了 RandomAccess 接口。
• 它們都是泛型類，可以存放任意類型的對象。

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

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

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

public class Stack<E> extends Vector<E>

• 類的繼承關係

AbstractCollection
    -> AbstractList
        -> AbstractSequentialList - > LinkedList
        -> ArrayList
        -> Vector ->  Stack     

實現原理和線程安全性

LinkedList

• LinkedList 可以看做爲一個雙向鏈表，所有的操作都可以認爲是一個雙向鏈表的操作，實現了 List 和 Deque 接口。LinkList 可以很方便地在鏈表頭或者鏈表尾插入數據，或者在指定結點前後插入數據，還提供了取走鏈表頭或鏈表尾的結點，或取走中間某個結點的方法。
• LinkedList 沒有同步方法，是線程不安全的。
• 如果多個線程同時訪問一個List，必須自己實現訪問同步。一種解決方法是在創建List時構造一個同步的List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(…));
• 成員變量：　

transient int size = 0;
transient Node<E> first; // 使用結點<Node>來存放數據的, first指向鏈表頭
transient Node<E> last; // last指向鏈表尾

• Node 數據結構

    private static class Node<E> {
        E item;
        Node<E> next;
        Node<E> prev;
        // more code
    }

ArrayList

• ArrayList實現了可變大小的數組。它允許所有元素，包括null。
• ArrayList沒有同步，是線程不安全的。
• 成員變量：

transient Object[] elementData; // 存放對象的數組，第一次插入數據時初始化爲DEFAULT_CAPACITY=10大小
private int size; // 數組大小

• 擴容：
  
  • ArrayList 的容量 capacity 可隨着不斷添加新元素而自動增加，正常情況下每次增加當前數組大小的一半。
  • 擴容時拷貝舊數據生成一個 newCapacity 大小的新數組，然後將elementData指向新數組。
  • 擴容時機：
    
    • add元素前，先確保 catacity>=size+1。
    • 當需要插入大量元素時，在插入前可以調用 ensureCapacity(int minCapacity) 方法來增加ArrayList的容量以提高插入效率， 參數 minCapacity 爲希望調整到的最小容量。

Vector

• Vector也是一個類似於ArrayList的可變長度的數組類型，它的內部也是使用數組來存放數據對象的。
• Vector與ArrayList唯一的區別是，Vector是線程安全的，即它的大部分方法都包含有關鍵字synchronized，因此，若對於單一線程的應用來說，最好使用ArrayList代替Vector，因爲這樣效率會快很多（類似的情況有StringBuffer與StringBuilder）；而在多線程程序中，爲了保證數據的同步和一致性，可以使用Vector代替ArrayList實現同樣的功能。
• 成員變量：

protected Object[] elementData;
protected int elementCount;
protected int capacityIncrement; // 每次容量增長值，如果<=0，則每次增長當前數組大小。

Stack

• Stack繼承自Vector，實現一個後進先出的堆棧。Stack提供5個額外的方法使得 Vector得以被當作堆棧使用。基本的push和pop方法，還有peek方法得到棧頂的元素，empty方法測試堆棧是否爲空，search方法檢測一個元素在堆棧中的位置。Stack剛創建後是空棧。

總結

List	實現原理	線程安全性	備註
LinkedList	雙向鏈表	不安全	相對於ArrayList，插入或增加效率高，查詢效率低；使用數據頻繁出入的情況。
ArrayList	數組	不安全	試用與數組變動不大，主要用來查詢的情況。
Vector	數組	安全
Stake	數組	安全	繼承自Vector，添加額外方法實現後進先出的堆棧