Java集合中的List超詳細(xì)講解
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Set
和Queue
,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ArrayList
和LinkedList
,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
add
或remove
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
next
或hasNext
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()
和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)
或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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