List集合的总结和应用场景的介绍

1、List的整体介绍

 

• List 是一个接口，它继承于Collection的接口，它代表着有序的队列。list的实现类对象中每一个元素都有一个索引值，能够按照索引值进行元素查找。
• AbstractList 是一个抽象类，它继承于AbstractCollection。AbstractList实现List接口中除size()、get(int location)之外的函数。
• AbstractSequentialList 是一个抽象类，它继承于AbstractList。AbstractSequentialList 实现了“链表中，根据index索引值操作链表的全部函数”。
• ArrayList, LinkedList, Vector, Stack是List的4个实现类。
  • ArrayList 是一个数组队列，相当于动态数组。它由动态数组实现，随机访问效率高，随机插入、随机删除效率低。ArrayList是非线程安全的。
  • LinkedList 是一个双向链表。它是由双向链表实现的，它也可以被当作堆栈、队列或双端队列进行操作。LinkedList随机访问效率低，但随机插入、随机删除效率低。一般对LinkedList进行元素遍历的时候使用removeFist()函数和removeLast()函数进行遍历的时候效率比较高，随机访问的方式效率最低。　　
  • Vector 是矢量队列，和ArrayList一样，它也是一个动态数组实现。Vector是线程安全的。
    
  • Stack 是栈，它继承于Vector。它的特性是：先进后出(FILO, First In Last Out)。

2、List的使用场景

 如果涉及到“栈”、“队列”、“链表”等操作，应该考虑用List，具体的选择哪个List，根据下面的标准来取舍。
(01) 对于需要快速插入，删除元素，应该使用LinkedList。
(02) 对于需要快速随机访问元素，应该使用ArrayList，也可以使用Vector。
(03) 对于“单线程环境” 或者 “多线程环境，但List仅仅只会被单个线程操作”，此时应该使用非同步的类(如ArrayList)。
       对于“多线程环境，且List可能同时被多个线程操作”，此时，应该使用同步的类(如Vector)。

下面是对不同集合类是测试程序：

import java.util.*;
import java.lang.Class;

/*
 * @desc 对比ArrayList和LinkedList的插入、随机读取效率、删除的效率
 *
 * @author skywang
 */
public class ListCompareTest {

    private static final int COUNT = 100000;

    private static LinkedList linkedList = new LinkedList();
    private static ArrayList arrayList = new ArrayList();
    private static Vector vector = new Vector();
    private static Stack stack = new Stack();

    public static void main(String[] args) {
        // 换行符
        System.out.println();
        // 插入
        insertByPosition(stack) ;
        insertByPosition(vector) ;
        insertByPosition(linkedList) ;
        insertByPosition(arrayList) ;

        // 换行符
        System.out.println();
        // 随机读取
        readByPosition(stack);
        readByPosition(vector);
        readByPosition(linkedList);
        readByPosition(arrayList);

        // 换行符
        System.out.println();
        // 删除 
        deleteByPosition(stack);
        deleteByPosition(vector);
        deleteByPosition(linkedList);
        deleteByPosition(arrayList);
    }

    // 获取list的名称
    private static String getListName(List list) {
        if (list instanceof LinkedList) {
            return "LinkedList";
        } else if (list instanceof ArrayList) {
            return "ArrayList";
        } else if (list instanceof Stack) {
            return "Stack";
        } else if (list instanceof Vector) {
            return "Vector";
        } else {
            return "List";
        }
    }

    // 向list的指定位置插入COUNT个元素，并统计时间
    private static void insertByPosition(List list) {
        long startTime = System.currentTimeMillis();

        // 向list的位置0插入COUNT个数
        for (int i=0; i<COUNT; i++)
            list.add(0, i);

        long endTime = System.currentTimeMillis();
        long interval = endTime - startTime;
        System.out.println(getListName(list) + " : insert "+COUNT+" elements into the 1st position use time：" + interval+" ms");
    }

    // 从list的指定位置删除COUNT个元素，并统计时间
    private static void deleteByPosition(List list) {
        long startTime = System.currentTimeMillis();

        // 删除list第一个位置元素
        for (int i=0; i<COUNT; i++)
            list.remove(0);

        long endTime = System.currentTimeMillis();
        long interval = endTime - startTime;
        System.out.println(getListName(list) + " : delete "+COUNT+" elements from the 1st position use time：" + interval+" ms");
    }

    // 根据position，不断从list中读取元素，并统计时间
    private static void readByPosition(List list) {
        long startTime = System.currentTimeMillis();

        // 读取list元素
        for (int i=0; i<COUNT; i++)
            list.get(i);

        long endTime = System.currentTimeMillis();
        long interval = endTime - startTime;
        System.out.println(getListName(list) + " : read "+COUNT+" elements by position use time：" + interval+" ms");
    }
}

测试结果：

Stack : insert 100000 elements into the 1st position use time：1640 ms
Vector : insert 100000 elements into the 1st position use time：1607 ms
LinkedList : insert 100000 elements into the 1st position use time：29 ms
ArrayList : insert 100000 elements into the 1st position use time：1617 ms

Stack : read 100000 elements by position use time：9 ms
Vector : read 100000 elements by position use time：6 ms
LinkedList : read 100000 elements by position use time：10809 ms
ArrayList : read 100000 elements by position use time：5 ms

Stack : delete 100000 elements from the 1st position use time：1916 ms
Vector : delete 100000 elements from the 1st position use time：1910 ms
LinkedList : delete 100000 elements from the 1st position use time：15 ms
ArrayList : delete 100000 elements from the 1st position use time：1909 ms

从中，我们可以发现：
插入10万个元素，LinkedList所花时间最短：29ms。
删除10万个元素，LinkedList所花时间最短：15ms。
遍历10万个元素，LinkedList所花时间最长：10809 ms；而ArrayList、Stack和Vector则相差不多，都只用了几秒。

考虑到Vector是支持同步的，而Stack又是继承于Vector的；因此，得出结论：
(01) 对于需要快速插入，删除元素，应该使用LinkedList。
(02) 对于需要快速随机访问元素，应该使用ArrayList。
(03) 对于“单线程环境” 或者 “多线程环境，但List仅仅只会被单个线程操作”，此时应该使用非同步的类。

 3、ArrayList和LinkedList的对比分析

3.1、LinkedList的插入删除元素的效率比ArrayList的效率要高

　　从源代码中我们可以看出：通过add(int index, E element)向LinkedList插入元素时。先是在双向链表中找到要插入节点的位置index；找到之后，再插入一个新节点。双向链表查找index位置的节点时，有一个加速动作：若index < 双向链表长度的1/2，则从前向后查找; 否则，从后向前查找。而且因为Linked List是通过双向链表实现的，插入删除元素的时候不需要移动大量的元素。

　在ArrayList中，当我们要插入元素的时候，首先要调用ensureCapacity(size+1)函数，它的作用是“确认ArrayList的容量，若容量不够，则增加容量。”但是真正耗时的操作是 System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index);

Sun JDK包的java/lang/System.java中的arraycopy()声明如下：

public static native void arraycopy(Object src, int srcPos, Object dest, int destPos, int length);

arraycopy()是个JNI函数，它是在JVM中实现的。sunJDK中看不到源码，不过可以在OpenJDK包中看到的源码。网上有对arraycopy()的分析说明，实际上，我们只需要了解： System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index); 会移动index之后所有元素即可。这就意味着，ArrayList的add(int index, E element)函数，会引起index之后所有元素的改变！

综上所述，LinkedList的插入删除元素的效率比ArrayList的效率要高。

3.2、ArrayList的随机访问效率比LinkedList的效率要高

　　在LinkedList的源码中我们可以看出：通过get(int index)获取LinkedList第index个元素时。先是在双向链表中找到要index位置的元素；找到之后再返回。
　　虽然双向链表查找index位置的节点时，有一个加速动作：若index < 双向链表长度的1/2，则从前向后查找; 否则，从后向前查找。但是ArrayList是通过动态数组实现的，本事上还是一个数组，通过get(int index)获取ArrayList第index个元素时，直接返回数组中index位置的元素，而不需要像LinkedList一样进行查找。综上所述，ArrayList的随机访问效率比LinkedList的效率要高

4、Arraylist和Vector的对比分析

4.1、两者的相同之处

• 两者都是List接口下的具体实现类，都继承与AbstractList，并且实现了List接口
• 它们都实现了RandomAccess和Cloneable接口
• 它们都是通过数组实现的，本质上都是动态数组
• 它们的默认数组容量是10
• 它们都支持Iterator和listIterator遍历

4.2、两者的不同之处

• 线程安全性不同：ArrayList是非线程安全；而Vector是线程安全的，它的函数都是synchronized的，即都是支持同步的。ArrayList适用于单线程，Vector适用于多线程。
• 对序列化支持不同： ArrayList支持序列化，而Vector不支持；即ArrayList有实现java.io.Serializable接口，而Vector没有实现该接口。
• 构造函数个数不同：ArrayList有3个构造函数，而Vector有4个构造函数。Vector除了包括和ArrayList类似的3个构造函数之外，另外的一个构造函数可以指定容量增加系数。
• 容量增加方式不同：逐个添加元素时，若ArrayList容量不足时，“新的容量”=“(原始容量x3)/2 + 1”。而Vector的容量增长与“增长系数有关”，若指定了“增长系数”，且“增长系数有效(即，大于0)”；那么，每次容量不足时，“新的容量”=“原始容量+增长系数”。若增长系数无效(即，小于/等于0)，则“新的容量”=“原始容量 x 2”。
• 对Enumeration的支持不同。Vector支持通过Enumeration去遍历，而List不支持