RandomAccess 這個空架子有何用？

leozzy發表於2017-12-05
randomMac

在學習 Java 集合時， 最先學習的便是 List 中的 ArrayList 和 LinkedList， 學習集合很關鍵的是學習其原始碼， 瞭解底層實現方式， 那麼今天就講講 ArrayList 實現的一個介面 RandomAccess。

好奇心的產生

檢視 ArrayList 的原始碼， 發現它實現了 RandomAccess 這個介面， 出於好奇點進去看看， 結果發現這介面是空的， 這當然引發了更大的好奇心：這空架子到底有何用？

RandomAccess 這個空架子有何用？

深入探究

JDK 官方文件是不可少的工具， 先看看它是怎麼說的：RandomAccess 是 List 實現所使用的標記介面，用來表明其支援快速（通常是固定時間）隨機訪問。此介面的主要目的是允許一般的演算法更改其行為，從而在將其應用到隨機或連續訪問列表時能提供良好的效能。

標記介面（Marker）：這就說明了 RandomAccess 為空的原因，這個介面的功能僅僅起到標記的作用。

這不是與序列化介面 Serializable 差不多嗎？ 只要你認真觀察， 其實不只這一個標記介面， 實際上 ArrayList 還實現了另外兩個這樣的空介面：

Cloneable 介面 ：實現了 Cloneable 介面，以指示 Object.clone() 方法可以合法地對該類例項進行按欄位複製。 如果在沒有實現 Cloneable 介面的例項上呼叫 Object 的 clone 方法，則會導致丟擲 CloneNotSupportedException 異常。

Serializable 介面： 類通過實現 java.io.Serializable 介面以啟用其序列化功能。未實現此介面的類將無法使其任何狀態序列化或反序列化。

繼續探討

標記介面都有什麼作用呢？ 繼續討論 RandomAccess 的作用，其他兩個在此不作討論。

如果 List 子類實現了 RandomAccess 介面，那表示它能快速隨機訪問儲存的元素， 這時候你想到的可能是陣列， 通過下標 index 訪問， 實現了該介面的 ArrayList 底層實現就是陣列， 同樣是通過下標訪問， 只是我們需要用 get() 方法的形式 ， ArrayList 底層仍然是陣列的訪問形式。

同時你應該想到連結串列， LinkedList 底層實現是連結串列， LinkedList 沒有實現 RandomAccess 介面，發現這一點就是突破問題的關鍵點。

陣列支援隨機訪問， 查詢速度快， 增刪元素慢； 連結串列支援順序訪問， 查詢速度慢， 增刪元素快。所以對應的 ArrayList 查詢速度快，LinkedList 查詢速度慢， RandomAccess 這個標記介面就是標記能夠隨機訪問元素的集合， 簡單來說就是底層是陣列實現的集合。

為了提升效能，在遍歷集合前，我們便可以通過 instanceof 做判斷， 選擇合適的集合遍歷方式，當資料量很大時， 就能大大提升效能。

隨機訪問列表使用迴圈遍歷，順序訪問列表使用迭代器遍歷。

先看看 RandomAccess 的使用方式

import java.util.*;
public class RandomAccessTest {
    public static void traverse(List list){

        if (list instanceof RandomAccess){
            System.out.println("實現了RandomAccess介面，不使用迭代器");

            for (int i = 0;i < list.size();i++){
                System.out.println(list.get(i));
            }

        }else{
            System.out.println("沒實現RandomAccess介面，使用迭代器");

            Iterator it = list.iterator();
            while(it.hasNext()){
                System.out.println(it.next());
            }

        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        List<String> arrayList = new ArrayList<>();
        arrayList.add("a");
        arrayList.add("b");
        traverse(arrayList);

        List<String> linkedList = new LinkedList<>();
        linkedList.add("c");
        linkedList.add("d");
        traverse(linkedList);
    }
}
複製程式碼

下面我們加入大量資料進行效能測試：

import java.util.*;
public class RandomAccessTimeTest {

    //使用for迴圈遍歷
    public static long traverseByLoop(List list){
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0;i < list.size();i++){
            list.get(i);
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        return endTime-startTime;
    }

    //使用迭代器遍歷
    public static long traverseByIterator(List list){
        Iterator iterator = list.iterator();
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        while (iterator.hasNext()){
            iterator.next();
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        return endTime-startTime;
    }

    public static void main(String[] args) {
        //加入資料
        List<String> arrayList = new ArrayList<>();
        for (int i = 0;i < 30000;i++){
            arrayList.add("" + i);
        }
        long loopTime = RandomAccessTimeTest.traverseByLoop(arrayList);
        long iteratorTime = RandomAccessTimeTest.traverseByIterator(arrayList);
        System.out.println("ArrayList:");
        System.out.println("for迴圈遍歷時間:" + loopTime);
        System.out.println("迭代器遍歷時間:" + iteratorTime);

        List<String> linkedList = new LinkedList<>();
        //加入資料
        for (int i = 0;i < 30000;i++){
            linkedList.add("" + i);
        }
        loopTime = RandomAccessTimeTest.traverseByLoop(linkedList);
        iteratorTime = RandomAccessTimeTest.traverseByIterator(linkedList);
        System.out.println("LinkedList:");
        System.out.println("for迴圈遍歷時間:" + loopTime);
        System.out.println("迭代器遍歷時間:" + iteratorTime);
    }
}
複製程式碼

結果：

ArrayList: for 迴圈遍歷時間: 3 迭代器遍歷時間: 7

LinkedList: for 迴圈遍歷時間: 2435 迭代器遍歷時間: 3

結論

根據結果我們可以得出結論： ArrayList 使用 for 迴圈遍歷優於迭代器遍歷 LinkedList 使用 迭代器遍歷優於 for 迴圈遍歷

根據以上結論便可利用 RandomAccess 在遍歷前進行判斷，根據 List 的不同子類選擇不同的遍歷方式， 提升演算法效能。

學習閱讀原始碼， 發現底層實現的精妙之處， 改變自己的思維， 從每一個小細節提升程式碼的效能。

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