Java集合之List

Java集合主要由2大体系构成，分别是Collection体系和Map体系，其中Collection和Map分别是2大体系中的顶层接口。

Collection主要有三个子接口，分别为List(列表)、Set(集)、Queue(队列)。其中，List、Queue中的元素有序可重复，而Set中的元素无序不可重复；

List中主要有ArrayList、LinkedList两个实现类；Set中则是有HashSet实现类；而Queue是在JDK1.5后才出现的新集合，主要以数组和链表两种形式存在。

Map同属于java.util包中，是集合的一部分，但与Collection是相互独立的，没有任何关系。Map中都是以key-value的形式存在，其中key必须唯一，主要有HashMap、HashTable、TreeMap三个实现类。

1. List

在Collection中，List集合是有序的，Developer可对其中每个元素的插入位置进行精确地控制，可以通过索引来访问元素，遍历元素。

在List集合中，我们常用到ArrayList和LinkedList这两个类。

其中，ArrayList底层通过数组实现，随着元素的增加而动态扩容。而LinkedList底层通过链表来实现，随着元素的增加不断向链表的后端增加节点。

ArrayList是Java集合框架中使用最多的一个类，是一个数组队列，线程不安全集合。

它继承于AbstractList，实现了List, RandomAccess, Cloneable, Serializable接口。

(1)ArrayList实现List，得到了List集合框架基础功能；

(2)ArrayList实现RandomAccess，获得了快速随机访问存储元素的功能，RandomAccess是一个标记接口，没有任何方法；

(3)ArrayList实现Cloneable，得到了clone()方法，可以实现克隆功能；

(4)ArrayList实现Serializable，表示可以被序列化，通过序列化去传输，典型的应用就是hessian协议。

它具有如下特点：

容量不固定，随着容量的增加而动态扩容（阈值基本不会达到）

有序集合（插入的顺序==输出的顺序）

插入的元素可以为null

增删改查效率更高（相对于LinkedList来说）

线程不安全

数据结构：（JDK1.7）

LinkedList是一个双向链表，每一个节点都拥有指向前后节点的引用。相比于ArrayList来说，LinkedList的随机访问效率更低。

它继承AbstractSequentialList，实现了List, Deque, Cloneable, Serializable接口。

(1)LinkedList实现List，得到了List集合框架基础功能；

(2)LinkedList实现Deque，Deque 是一个双向队列，也就是既可以先入先出，又可以先入后出，说简单些就是既可以在头部添加元素，也可以在尾部添加元素；

(3)LinkedList实现Cloneable，得到了clone()方法，可以实现克隆功能；

(4)LinkedList实现Serializable，表示可以被序列化，通过序列化去传输，典型的应用就是hessian协议。

数据结构：（JDK1.7）

1.1 List常用方法

A:添加功能

boolean add(E e):向集合中添加一个元素void add(int index, E element):在指定位置添加元素boolean addAll(Collection<? extends E> c)：向集合中添加一个集合的元素。

B:删除功能

void clear()：删除集合中的所有元素E remove(int index)：根据指定索引删除元素，并把删除的元素返回boolean remove(Object o)：从集合中删除指定的元素boolean removeAll(Collection<?> c):从集合中删除一个指定的集合元素。

C:修改功能

E set(int index, E element):把指定索引位置的元素修改为指定的值，返回修改前的值。

D:获取功能

E get(int index)：获取指定位置的元素Iterator iterator():就是用来获取集合中每一个元素。

E:判断功能

boolean isEmpty()：判断集合是否为空。boolean contains(Object o)：判断集合中是否存在指定的元素。boolean containsAll(Collection<?> c)：判断集合中是否存在指定的一个集合中的元素。

F:长度功能

int size():获取集合中的元素个数G:把集合转换成数组Object[] toArray():把集合变成数组。

1.2 ArrayList基本操作

public class ArrayListTest {    public static void main(String[] agrs){        //创建ArrayList集合：        List<String> list = new ArrayList<String>();        System.out.println("ArrayList集合初始化容量："+list.size());        //添加功能：        list.add("Hello");        list.add("world");        list.add(2,"!");        System.out.println("ArrayList当前容量："+list.size());        //修改功能：        list.set(0,"my");        list.set(1,"name");        System.out.println("ArrayList当前内容："+list.toString());        //获取功能：        String element = list.get(0);        System.out.println(element);        //迭代器遍历集合：(ArrayList实际的跌倒器是Itr对象)        Iterator<String> iterator =  list.iterator();        while(iterator.hasNext()){            String next = iterator.next();            System.out.println(next);        }        //for循环迭代集合：        for(String str:list){            System.out.println(str);        }        //判断功能：        boolean isEmpty = list.isEmpty();        boolean isContain = list.contains("my");        //长度功能：        int size = list.size();        //把集合转换成数组：        String[] strArray = list.toArray(new String[]{});        //删除功能：        list.remove(0);        list.remove("world");        list.clear();        System.out.println("ArrayList当前容量："+list.size());    }}

1.3 LinkedList基本操作

public class LinkedListTest {    public static void main(String[] agrs){        List<String> linkedList = new LinkedList<String>();        System.out.println("LinkedList初始容量："+linkedList.size());        //添加功能：        linkedList.add("my");        linkedList.add("name");        linkedList.add("is");        linkedList.add("jiaboyan");        System.out.println("LinkedList当前容量："+ linkedList.size());        //修改功能:        linkedList.set(0,"hello");        linkedList.set(1,"world");        System.out.println("LinkedList当前内容："+ linkedList.toString());        //获取功能：        String element = linkedList.get(0);        System.out.println(element);        //遍历集合：(LinkedList实际的跌倒器是ListItr对象)        Iterator<String> iterator =  linkedList.iterator();        while(iterator.hasNext()){            String next = iterator.next();            System.out.println(next);        }        //for循环迭代集合：        for(String str:linkedList){            System.out.println(str);        }        //判断功能：        boolean isEmpty = linkedList.isEmpty();        boolean isContains = linkedList.contains("jiaboyan");        //长度功能：        int size = linkedList.size();        //删除功能：        linkedList.remove(0);        linkedList.remove("jiaboyan");        linkedList.clear();        System.out.println("LinkedList当前容量：" + linkedList.size());    }}

1.4 ArrayList和LinkedList比较

（1）元素新增性能比较：

查看了网上很多的例子，很多都说，在新增操作时，ArrayList效率不如LinkedList，因为ArrayList底层是数组实现，在动态扩容时，性能有所损耗，而LinkedList不存在数组扩容机制，所以LinkedList效率更高。那么结果究竟怎样，来看下面的数据！

public class ListTest {    //迭代次数    public static int ITERATION_NUM = 100000;    public static void main(String[] agrs) {        insertPerformanceCompare();    }    //新增性能比较：    public static void insertPerformanceCompare() {        Thread.sleep(5000);        System.out.println("LinkedList新增测试开始");        long start = System.nanoTime();        List<Integer> linkedList = new LinkedList<Integer>();        for (int x = 0; x < ITERATION_NUM; x++) {            linkedList.add(x);        }        long end = System.nanoTime();        System.out.println(end - start);        System.out.println("ArrayList新增测试开始");        start = System.nanoTime();        List<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();        for (int x = 0; x < ITERATION_NUM; x++) {            arrayList.add(x);        }        end = System.nanoTime();        System.out.println(end - start);    }}

结果：

结果与预想的有些不太一样，ArrayList的新增性能并不低。

究其原因，可能是经过JDK近几年的更新发展，对于数组复制的实现进行了优化，以至于ArrayList的性能也得到了提高。

（2）元素获取比较：

由于LinkedList是链表结构，没有角标的概念，没有实现RandomAccess接口，不具备随机元素访问功能，所以在get方面表现的差强人意，ArrayList再一次完胜。

public class ListTest {    //迭代次数，集合大小：    public static int ITERATION_NUM = 100000;    public static void main(String[] agrs) {        getPerformanceCompare();    }    //获取性能比较：    public static void getPerformanceCompare() {        Thread.sleep(5000);        //填充ArrayList集合：        List<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();        for (int x = 0; x < ITERATION_NUM; x++) {            arrayList.add(x);        }        //填充LinkedList集合：        List<Integer> linkedList = new LinkedList<Integer>();        for (int x = 0; x < ITERATION_NUM; x++) {            linkedList.add(x);        }        //创建随机数对象：        Random random = new Random();        System.out.println("LinkedList获取测试开始");        long start = System.nanoTime();        for (int x = 0; x < ITERATION_NUM; x++) {            int j = random.nextInt(x + 1);            int k = linkedList.get(j);        }        long end = System.nanoTime();        System.out.println(end - start);        System.out.println("ArrayList获取测试开始");        start = System.nanoTime();        for (int x = 0; x < ITERATION_NUM; x++) {            int j = random.nextInt(x + 1);            int k = arrayList.get(j);        }        end = System.nanoTime();        System.out.println(end - start);    }}

结果：

从结果中可以看到，ArrayList在随机访问方面表现的十分优秀，比LinkedList强了很多，基本上保持在10多倍以上。

LinkedList为什么这么慢呢？这主要是LinkedList的代码实现所致，每一次获取都是从头开始遍历，一个个节点去查找，每查找一次就遍历一次，所以性能自然得不到提升。