LinkedList、ArrayList、Vector、Stack的实现原理和差异

相互关系

• LinkedList、ArrayList、Vector 都继承自 AbstractList；都实现了 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 实现了 Deque 接口（主要是对首尾元素的添加删除方法）， Vector 和 ArrayList 实现了 RandomAccess 接口。
• 它们都是泛型类，可以存放任意类型的对象。

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>

• 类的继承关系

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

实现原理和线程安全性

LinkedList

• LinkedList 可以看做为一个双向链表，所有的操作都可以认为是一个双向链表的操作，实现了 List 和 Deque 接口。LinkList 可以很方便地在链表头或者链表尾插入数据，或者在指定结点前后插入数据，还提供了取走链表头或链表尾的结点，或取走中间某个结点的方法。
• LinkedList 没有同步方法，是线程不安全的。
• 如果多个线程同时访问一个List，必须自己实现访问同步。一种解决方法是在创建List时构造一个同步的List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(…));
• 成员变量：　

transient int size = 0;
transient Node<E> first; // 使用结点<Node>来存放数据的, first指向链表头
transient Node<E> last; // last指向链表尾

• Node 数据结构

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

ArrayList

• ArrayList实现了可变大小的数组。它允许所有元素，包括null。
• ArrayList没有同步，是线程不安全的。
• 成员变量：

transient Object[] elementData; // 存放对象的数组，第一次插入数据时初始化为DEFAULT_CAPACITY=10大小
private int size; // 数组大小

• 扩容：
  
  • ArrayList 的容量 capacity 可随着不断添加新元素而自动增加，正常情况下每次增加当前数组大小的一半。
  • 扩容时拷贝旧数据生成一个 newCapacity 大小的新数组，然后将elementData指向新数组。
  • 扩容时机：
    
    • add元素前，先确保 catacity>=size+1。
    • 当需要插入大量元素时，在插入前可以调用 ensureCapacity(int minCapacity) 方法来增加ArrayList的容量以提高插入效率， 参数 minCapacity 为希望调整到的最小容量。

Vector

• Vector也是一个类似于ArrayList的可变长度的数组类型，它的内部也是使用数组来存放数据对象的。
• Vector与ArrayList唯一的区别是，Vector是线程安全的，即它的大部分方法都包含有关键字synchronized，因此，若对於单一线程的应用来说，最好使用ArrayList代替Vector，因为这样效率会快很多（类似的情况有StringBuffer与StringBuilder）；而在多线程程序中，为了保证数据的同步和一致性，可以使用Vector代替ArrayList实现同样的功能。
• 成员变量：

protected Object[] elementData;
protected int elementCount;
protected int capacityIncrement; // 每次容量增长值，如果<=0，则每次增长当前数组大小。

Stack

• Stack继承自Vector，实现一个后进先出的堆栈。Stack提供5个额外的方法使得 Vector得以被当作堆栈使用。基本的push和pop方法，还有peek方法得到栈顶的元素，empty方法测试堆栈是否为空，search方法检测一个元素在堆栈中的位置。Stack刚创建后是空栈。

总结

List	实现原理	线程安全性	备注
LinkedList	双向链表	不安全	相对于ArrayList，插入或增加效率高，查询效率低；使用数据频繁出入的情况。
ArrayList	数组	不安全	试用与数组变动不大，主要用来查询的情况。
Vector	数组	安全
Stake	数组	安全	继承自Vector，添加额外方法实现后进先出的堆栈