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Java集合中的List超詳細(xì)講解

 更新時(shí)間:2025年02月26日 14:25:29   作者:小手追夢  
本文詳細(xì)介紹了Java集合框架中的List接口,包括其在集合中的位置、繼承體系、常用操作和代碼示例,以及不同實(shí)現(xiàn)類(如ArrayList、LinkedList和Vector)的底層原理和應(yīng)用場景,感興趣的朋友一起看看吧

List是Java集合框架中一個(gè)非常重要的接口,它代表了一個(gè)有序的集合,允許元素重復(fù),并且可以按照插入的順序進(jìn)行訪問。

我們先來看看List在集合中的位置:

List是單列集合接口Collection下的一個(gè)分支,另兩個(gè)分支是SetQueue,三者的區(qū)別:

  • List集合中的元素是有序的、可重復(fù)的
  • Set集合中的元素?zé)o需、不可重復(fù)
  • Qeue集合中的元素遵循先進(jìn)先出的規(guī)則

一,List的繼承體系

List接口繼承自Collection接口,位于java.util包中。

List是有序集合的抽象表示,Java發(fā)展至今,List體系已經(jīng)非常龐雜。

從上圖看出,JDK中,直接或間接繼承List接口的有80個(gè)類。當(dāng)然,我們無需一一學(xué)習(xí),通過三個(gè)常用的實(shí)現(xiàn)類的學(xué)習(xí)掌握原理即可:ArrayList、LinkedList和Vector。

  • ArrayList:基于動(dòng)態(tài)數(shù)組實(shí)現(xiàn),提供了快速的隨機(jī)訪問。
  • LinkedList:基于雙向鏈表實(shí)現(xiàn),擅長插入和刪除操作,尤其是表頭和表尾的操作。
  • Vector:早期版本的線程安全列表,與ArrayList相似,但現(xiàn)在多被ArrayList取代,因同步開銷較大。

二,List的常用操作及代碼示例

1,創(chuàng)建List實(shí)例

import java.util.*;
public class ListDemo {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> arrayList = new ArrayList<>(); // 創(chuàng)建ArrayList實(shí)例
        List<String> linkedList = new LinkedList<>(); // 創(chuàng)建LinkedList實(shí)例
    }
}

2,增加元素

  • add(E element):在列表末尾添加元素。
  • add(int index, E element):在指定位置插入元素。
arrayList.add("Apple");
linkedList.add(0, "Banana"); // 在首位插入

3,訪問元素

  • 通過索引訪問:get(int index)
  • 遍歷:使用for-each循環(huán)或迭代器Iterator。
System.out.println(arrayList.get(0));
for (String fruit : arrayList) {
    System.out.println(fruit);
}

4,修改元素

  • 使用set(int index, E element)方法替換指定位置的元素。
arrayList.set(0, "Orange");

5,刪除元素

  • remove(int index):根據(jù)索引刪除。
  • remove(Object o):根據(jù)元素刪除第一個(gè)匹配項(xiàng)。
arrayList.remove(0);
arrayList.remove("Orange");

6,判斷與查找

  • contains(Object o):判斷是否包含某元素。
  • indexOf(Object o):返回元素第一次出現(xiàn)的索引,未找到返回-1。
  • lastIndexOf(Object o):List集合中的元素可重復(fù),返回元素最后一次出現(xiàn)的索引,未找到返回-1。
boolean hasApple = arrayList.contains("Apple");
int index = arrayList.indexOf("Apple");
int index = arrayList.lastIndexOf("Apple");

7,大小與清空

  • size():返回列表大小。
  • clear():清空列表。
int size = arrayList.size();
arrayList.clear();

8,List集合的遍歷

Java List 接口提供了多種方式來遍歷其中的元素,以下是三種常見的遍歷方式,每種方式都有相應(yīng)的代碼示例。

① 使用 for-each 循環(huán)

這是最簡潔也是最常用的遍歷方式,適用于Java 5及以后的版本。通過for-each循環(huán),可以直接遍歷List中的每個(gè)元素,而無需手動(dòng)管理索引。

代碼示例

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class ListTraversal {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> fruits = new ArrayList<>();
        fruits.add("Apple");
        fruits.add("Banana");
        fruits.add("Cherry");
        // 使用for-each循環(huán)遍歷
        for (String fruit : fruits) {
            System.out.println(fruit);
        }
    }
}

并發(fā)修改異常ConcurrentModificationException

**注意,**使用for循環(huán)時(shí),有可能會(huì)出現(xiàn)并發(fā)修改異常ConcurrentModificationException,如下面的例子,假設(shè)你有一個(gè)任務(wù)是遍歷一個(gè)List,檢查其中的元素,如果滿足某個(gè)條件,就從List中刪除該元素。

List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("A", "B", "C", "D"));
for (String item : list) {
    if ("B".equals(item)) {
        list.remove(item); // 這里會(huì)拋出ConcurrentModificationException
    }
}

Java集合框架中的許多類,如ArrayListLinkedList,為了檢測到并發(fā)修改,使用了所謂的“快速失敗”機(jī)制:

  • ①當(dāng)?shù)鲃?chuàng)建之后,集合會(huì)維護(hù)一個(gè)名為modCount的字段來記錄集合的修改次數(shù)
  • ②每當(dāng)集合通過迭代器之外的方式(如直接調(diào)用addremove方法)發(fā)生修改時(shí),modCount就會(huì)遞增
  • ③迭代器在每次調(diào)用nexthasNext等方法時(shí),都會(huì)檢查這個(gè)計(jì)數(shù)器是否發(fā)生變化,如果發(fā)現(xiàn)modCount不等于它內(nèi)部記錄的初始修改次數(shù),就會(huì)拋出ConcurrentModificationException

據(jù)此分析,上面的代碼示例之所以會(huì)報(bào)錯(cuò),是因?yàn)椋?/p>

  • ①使用for循環(huán)時(shí)會(huì)創(chuàng)建迭代器,迭代器會(huì)緩存當(dāng)前modCount的值
  • ②在循環(huán)中使用了remove,modCount的值發(fā)生了變化
  • ③下一循環(huán)時(shí),迭代器會(huì)檢查緩存的modCount值與真實(shí)的modCount值是否一致,不一致就會(huì)拋出錯(cuò)誤

并發(fā)修改異常的解決辦法

①使用迭代器的remove方法

正確的做法是在迭代過程中使用迭代器的remove方法來刪除元素,因?yàn)榈鞯?code>remove方法會(huì)在刪除元素后同時(shí)更新內(nèi)部的修改計(jì)數(shù),以保持一致性。

Iterator<String> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    String item = iterator.next();
    if ("B".equals(item)) {
        iterator.remove(); // 正確的刪除方式
    }
}

② 使用CopyOnWriteArrayList

對于多線程環(huán)境下的并發(fā)修改問題,可以考慮使用CopyOnWriteArrayList。這是一種線程安全的List實(shí)現(xiàn),它通過在每次修改時(shí)創(chuàng)建集合的副本來避免并發(fā)修改異常,適合讀多寫少的場景。

List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>(Arrays.asList("A", "B", "C", "D"));
list.removeIf("B"::equals); // 線程安全的刪除操作

② 使用迭代器 Iterator

迭代器是一種更通用的遍歷集合的方法,適用于所有實(shí)現(xiàn)了Iterable接口的集合,包括List。通過調(diào)用List的iterator()方法獲取Iterator對象,然后使用hasNext()next()方法進(jìn)行遍歷。

代碼示例

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;
public class ListTraversal {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> fruits = new ArrayList<>();
        fruits.add("Apple");
        fruits.add("Banana");
        fruits.add("Cherry");
        // 使用迭代器遍歷
        Iterator<String> iterator = fruits.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            String fruit = iterator.next();
            System.out.println(fruit);
        }
    }
}

③ 使用Java 8的Stream API

從Java 8開始,可以使用Stream API來遍歷和處理集合中的元素,這種方式更加靈活,支持函數(shù)式編程風(fēng)格。

代碼示例

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class ListTraversal {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> fruits = new ArrayList<>();
        fruits.add("Apple");
        fruits.add("Banana");
        fruits.add("Cherry");
        // 使用Stream API遍歷
        fruits.stream().forEach(System.out::println);
    }
}

④ 總結(jié)

  • for-each循環(huán):簡潔易讀,最適合日常使用。
  • Iterator:提供了更多的控制權(quán),比如在遍歷時(shí)移除元素,但在大多數(shù)情況下不如for-each方便。
  • Stream API:功能強(qiáng)大,支持復(fù)雜的集合處理和并行處理,適合進(jìn)行復(fù)雜的聚合操作和過濾操作。

9,List集合的排序

在Java中,對List集合中的元素進(jìn)行排序可以通過多種方式實(shí)現(xiàn),主要依賴于java.util.Collections類和List接口本身提供的排序方法。下面我將介紹幾種常見的排序方法,并提供相應(yīng)的代碼示例。

① 使用Collections.sort()方法

這是最直接的方式,適用于實(shí)現(xiàn)了Comparable接口的元素列表,進(jìn)行自然排序。

代碼示例(自然排序):

import java.util.*;
class Person implements Comparable<Person> {
    String name;
    int age;
    Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    @Override
    public int compareTo(Person other) {
        return Integer.compare(this.age, other.age); // 按年齡排序
    }
    @Override
    public String toString() {
        return name + " " + age;
    }
}
public class SortListExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<Person> people = new ArrayList<>();
        people.add(new Person("Tom", 25));
        people.add(new Person("Jerry", 20));
        people.add(new Person("Bob", 30));
        Collections.sort(people);
        for (Person person : people) {
            System.out.println(person);
        }
    }
}

②使用Collections.sort()方法和自定義Comparator

如果列表中的元素沒有實(shí)現(xiàn)Comparable接口,或者你想根據(jù)不同的規(guī)則進(jìn)行排序,可以提供一個(gè)Comparator。

代碼示例(自定義比較器排序):

import java.util.*;
public class SortListExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> names = Arrays.asList("Alice", "Bob", "Charlie");
        Collections.sort(names, new Comparator<String>() {
            @Override
            public int compare(String s1, String s2) {
                return s2.compareTo(s1); // 倒序排序
            }
        });
        names.forEach(System.out::println); // 輸出:Charlie, Bob, Alice
    }
}

③使用List自帶的sort()方法

從Java 8開始,List接口直接提供了sort()方法,它同樣接受Comparator來控制排序邏輯。

代碼示例

import java.util.*;
public class SortListExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 1, 4, 1, 5, 9);
        numbers.sort(Integer::compareTo); // 自然排序
        System.out.println(numbers); // 輸出:[1, 1, 3, 4, 5, 9]
        numbers.sort(Collections.reverseOrder()); // 倒序排序
        System.out.println(numbers); // 輸出:[9, 5, 4, 3, 1, 1]
    }
}

④小結(jié)

  • 使用Collections.sort()適用于不支持Lambda表達(dá)式的較早Java版本。
  • 從Java 8開始,直接使用List的sort()方法配合Lambda表達(dá)式或方法引用來實(shí)現(xiàn)排序更為簡潔。
  • 通過自定義Comparator,可以靈活地控制排序邏輯,適應(yīng)不同的排序需求。

三,不同List實(shí)現(xiàn)的底層原理及區(qū)別

ArrayList

  • 底層原理:基于可變大小的數(shù)組實(shí)現(xiàn),數(shù)組擴(kuò)容時(shí)會(huì)創(chuàng)建新數(shù)組并復(fù)制舊數(shù)據(jù)。
  • 適用場景:當(dāng)需要頻繁查詢元素,且元素?cái)?shù)量變化不大時(shí)效率高。

LinkedList

  • 底層原理:每個(gè)元素都是一個(gè)節(jié)點(diǎn),包含前驅(qū)和后繼節(jié)點(diǎn)的引用,形成雙向鏈表。
  • 適用場景:適合于頻繁的插入和刪除操作,尤其是在列表的開始或結(jié)尾。

Vector

  • 底層原理:與ArrayList相似,但Vector是線程安全的,通過在關(guān)鍵方法上加鎖實(shí)現(xiàn)。
  • 區(qū)別與注意事項(xiàng):由于同步操作,Vector在多線程環(huán)境下更安全,但并發(fā)訪問時(shí)性能較低?,F(xiàn)代開發(fā)中,推薦使用Collections.synchronizedList(List<T> list)CopyOnWriteArrayList作為替代。

通過上述內(nèi)容,我們不僅了解了List接口的繼承體系、常用操作,還深入探討了ArrayList、LinkedList和Vector這三種常見實(shí)現(xiàn)的底層原理及其應(yīng)用場景。掌握這些知識(shí),將有助于在實(shí)際開發(fā)中更加高效、靈活地使用List集合。

到此這篇關(guān)于Java集合中的List超詳細(xì)講解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)java集合list內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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