Java集合List实现原理
一、集合类结构
Java中的集合包含多种数据结构，如链表、队列、哈希表等。从类的继承结构来说，可以分为两大类，一类是继承自Collection接口，这类集合包含List、Set和Queue等集合类。另一类是继承自Map接口，这主要包含了哈希表相关的集合类。
1.继承Collection接口
2.继承Map接口
二、实现原理
1.List （有序，可重复）
常用的实现List接口的主要有ArrayList、Vector、LinkedList 三个，通过查看jdk底层源码实现，进行简单的要点总结：
（1）ArrayList
ArrayList是List使用中最常用的实现类，它的查询速度快，效率高，但增删慢，线程不安全。
实现原理：
ArrayList底层实现采用的数据结构是数组，并且数组默认大小为10，所以下面两种方式是等同的：
List list = new ArrayList(); //没有指定数组大小，使用默认值（默认大小是10） List list = new ArrayList(10); // 指定数组大小为10，传如的参数便是数组的大小，传入为10时，跟默认值相同，所以是等同的
要想清楚的理解上面两中方式，从ArrayList类的构造器就会豁然开朗：
注：不同的jdk版本实现代码有所不同, 现以jdk1.8为例（个人感觉 jdk1.6的底层实现写法更好理解，jdk1.8就比1.6较难懂一些）
// 无参构造器
public ArrayList() { this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA; // DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA是一个默认大小的空实例 } // 有参构造器，参数为列表的初始容量（由于是通过数组实现的，所以可以理解成数组的大小） public ArrayList(int initialCapacity) { if (initialCapacity > 0) { this.elementData = new Object[initialCapacity]; } else if (initialCapacity == 0) { this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; } else { throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+initialCapacity); } }
扩容机制：
jdk1.8的扩容算法：newCapacity = oldCapacity + ( oldCapacity >> 1 ) ; // oldCapacity >> 2 移位运算，此处相当于oldCapacity除以2，但是 >> 这种写法更加高效
jdk1.6的扩容算法：newCapacity = ( oldCapacity * 3 ) / 2 +1 ;
参数介绍：newCapacity 是扩容后的容量大小，oldCapacity 是扩容前的大小
查看jdk源码，移位运算需要学习下，换句话说，就是需要学习下二进制，比如：反码、补码，二进制与十进制、十六进制的相互转换。与机器交流的都是0110等，所以挺重要的。
（2）Vector
Vector的底层也是通过数组实现的，默认大小也是10。主要特点：查询快，增删慢 ， 线程安全，但是效率低
实现原理：
创建对象与ArrayList类似，但有一点不同，它可以设置扩容是容量增长大小。
根据Vector的三个构造器就可以很明了的理解 new Vector(); 与 new Vector(10);与 new Vector(10,0); 三个是等同的，很明了就不赘述了。
1.无参构造器
public Vector() { this(10); } 2.传一个参数（容量大小） 容量大小即底层数组大小 public Vector(int initialCapacity) { this(initialCapacity, 0); }
3.传两个参数（容量大小，容量修正） 容量修正即扩容时的增加量 public Vector(int initialCapacity, int capacityIncrement) { super(); if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity); this.elementData = new Object[initialCapacity]; this.capacityIncrement = capacityIncrement; }
扩容机制：
jdk1.8的扩容算法：newCapacity = oldCapacity + ( ( capacityIncrement > 0 ) ? capacityIncrement : oldCapacity );
jdk1.6的扩容算法：newCapacity = ( capacityIncrement > 0 ) ? ( oldCapacity + capacityIncrement ) : ( oldCapacity * 2 );
参数介绍：capacityIncrement 是容量修正（即容量新增大小），没有设置，默认为0 ，newCapacity 是扩容后的容量大小，oldCapacity 是扩容前的大小
一观察，就会发现1.6与1.8的写法变化不大，但是仔细一分析，就会发现jdk1.6中有使用乘法运算，即 oldCapacity * 2。 在jdk1.8中换成了加法运算，这是因为乘法的效率是低于加法的，这应该算法的优化。
（3）LinkedList
LinkedList底层是一个双向链表，它增删快，效率高，但是查询慢，线程不安全
实现原理：
构造器只有如下两种;
1.无参构造 public LinkedList() { } 2.有参构造 public LinkedList(Collection<? extends E> c) { this(); addAll(c); }
由于它的底层实现是链表，所以没有容量大小的定义，只有上个节点，当前节点，下个节点，每个节点都有一个上级节点和一个下级节点。
新增元素：
1.头部新增
实现代码如下：
private void linkFirst(E e) { final Node<E> f = first; final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f); first = newNode; if (f == null) last = newNode; else f.prev = newNode; size++; modCount++; }
先获取头部节点元素，判断是否为null，若为null，说明原链表中没有元素，则把 first 和 last 都赋为当前新增节点。
若不为null，说明原链表中有元素，则把first赋为当前新增节点，把原头部节点f的上级节点修改为当前新增节点的下级节点
2.尾部新增
void linkLast(E e) { final Node<E> l = last; final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null); last = newNode; if (l == null) first = newNode; else l.next = newNode; size++; modCount++; }
与头部新增元素类似，不再赘述。
删除元素：
删除元素有三种方式，删除第一元素，删除最后一个元素，删除中间部分的某个元素。 现介绍最后一个，最后一个搞懂了，前两个就懂了。
实现代码：
E unlink(Node<E> x) { // assert x != null; final E element = x.item; final Node<E> next = x.next; final Node<E> prev = x.prev; if (prev == null) { first = next; } else { prev.next = next; x.prev = null; } if (next == null) { last = prev; } else { next.prev = prev; x.next = null; } x.item = null; size--; modCount++; return element; }
原理：要删除元素的当前节点x，将当前节点x的上级节点的下级节点设为当前节点x的下级节点，将当前节点x的下级节点的上级节点设为当前节点x的上级节点。
中间考虑上级节点或下级节点为空的情况，也就是头部删除与尾部删除。