数据结构(集合)学习之List

集合

框架关系图：

Collection接口下面有三个子接口：List、Set、Queue。此篇是关于List<E>的简单学习总结。

 补充：HashTable父类是Dictionary，不是AbstractMap。

List（有序、可重复）：

List里存放的对象是有序的，同时也是可以重复的，List关注的是索引，拥有一系列和索引相关的方法，查询速度快。因为往list集合里插入或删除数据时，会伴随着后面数据的移动，所有插入删除数据速度慢。

List常用的子类：ArrayList。（面试常问的：Vector、ArrayList、LinkedList之间的区别）。

ArrayList：

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E> （继承AbstractList类，实现List接口）

• 方法摘要（标黄为常用方法）

  Modifier and Type	方法	描述
  void	add​(int index, E element)	在此列表中的指定位置插入指定的元素。
  boolean	add​(E e)	将指定的元素追加到此列表的末尾。
  boolean	addAll​(int index, Collection<? extends E> c)	将指定集合中的所有元素插入到此列表中，从指定的位置开始。
  boolean	addAll​(Collection<? extends E> c)	按指定集合的Iterator返回的顺序将指定集合中的所有元素追加到此列表的末尾。
  void	clear​()	从列表中删除所有元素。
  Object	clone​()	返回此 ArrayList实例的浅拷贝。
  boolean	contains​(Object o)	如果此列表包含指定的元素，则返回 true 。
  void	ensureCapacity​(int minCapacity)	如果需要，增加此 ArrayList实例的容量，以确保它至少能够容纳最小容量参数指定的元素数量。
  void	forEach​(Consumer<? super E> action)	对 Iterable每个元素执行给定的操作，直到所有元素都被处理或动作引发异常。
  E	get​(int index)	返回此列表中指定位置的元素。
  int	indexOf​(Object o)	返回此列表中指定元素的第一次出现的索引，如果此列表不包含元素，则返回-1。
  boolean	isEmpty​()	如果此列表不包含元素，则返回 true 。
  Iterator<E>	iterator​()	以正确的顺序返回该列表中的元素的迭代器。
  int	lastIndexOf​(Object o)	返回此列表中指定元素的最后一次出现的索引，如果此列表不包含元素，则返回-1。
  ListIterator<E>	listIterator​()	返回列表中的列表迭代器（按适当的顺序）。
  ListIterator<E>	listIterator​(int index)	从列表中的指定位置开始，返回列表中的元素（按正确顺序）的列表迭代器。
  E	remove​(int index)	删除该列表中指定位置的元素。
  boolean	remove​(Object o)	从列表中删除指定元素的第一个出现（如果存在）。
  boolean	removeAll​(Collection<?> c)	从此列表中删除指定集合中包含的所有元素。
  boolean	removeIf​(Predicate<? super E> filter)	删除满足给定谓词的此集合的所有元素。
  protected void	removeRange​(int fromIndex, int toIndex)	从此列表中删除所有索引为 fromIndex （包括）和 toIndex之间的元素。
  void	replaceAll​(UnaryOperator<E> operator)	将该列表的每个元素替换为将该运算符应用于该元素的结果。
  boolean	retainAll​(Collection<?> c)	仅保留此列表中包含在指定集合中的元素。
  E	set​(int index, E element)	用指定的元素替换此列表中指定位置的元素。
  int	size​()	返回此列表中的元素数。
  void	sort​(Comparator<? super E> c)	根据指定的Comparator引发的顺序排列此列表。
  Spliterator<E>	spliterator​()	在此列表中的元素上创建late-binding和故障快速 Spliterator 。
  List<E>	subList​(int fromIndex, int toIndex)	返回指定的 fromIndex （含）和 toIndex之间的列表部分的视图。
  Object[]	toArray​()	以正确的顺序（从第一个到最后一个元素）返回一个包含此列表中所有元素的数组。
  <T> T[]	toArray​(T[] a)	以正确的顺序返回一个包含此列表中所有元素的数组（从第一个到最后一个元素）; 返回的数组的运行时类型是指定数组的运行时类型。
  void	trimToSize​()	修改这个 ArrayList实例的容量是列表的当前大小。

用法：

    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
        System.out.println(list.isEmpty());// 方法：isEmpty​()，如果此列表不包含元素，则返回 true。
        list.add(0, "A");// 方法：add​(int index, E element),在此列表中的指定位置插入指定的元素。给第一个位置加元素：A
        list.add(1, "B");// 给第二个位置加元素：B
        list.add("C");//方法：add​(E e), 将指定的元素追加到此列表的末尾。 继续追加元素：C
        list.add("D");//继续追加元素：D
        // 此时遍历一下，看看list的值是否成功加入。
        for (String value : list) {// 方法：forEach​(Consumer<? super E> action),对Iterable每个元素执行给定的操作，直到所有元素都被处理或动作引发异常。注意：此时使用Iterator迭代器遍历数值。
            System.out.println(value);//输出：A B C D，成功加入数值
        }
        System.out.println(list.size());//方法：size​() 返回此列表中的元素数。  
        System.out.println(list.isEmpty());// 此时再用方法判断一下，因为已经有值所以返回False
        System.out.println(list.contains("A"));// 方法：contains​(Object o)，如果此列表包含指定的元素，则返回 true 。
        System.out.println(list.get(2));// 方法： get​(int index) 返回此列表中指定位置的元素。
        System.out.println(list.indexOf("B"));// 方法：indexOf​(Object o) 返回此列表中指定元素的第一次出现的索引，如果此列表不包含元素，则返回-1。
        System.out.println(list.indexOf("E"));// 此时返回：-1
        System.out.println("--------分割线--------");
        list.remove(2);// 方法：remove​(int index) 删除该列表中指定位置的元素。
        // 此时遍历一下，看看list的值是否成功删除。
        for (String value : list) {
            System.out.println(value);
        }
        System.out.println("--------分割线--------");
        list.remove("D");// 方法：remove​(Object o) 从列表中删除指定元素的第一个出现（如果存在）。
        // 此时遍历一下，看看list的值是否成功删除。
        /*注意List中的remove方法不能和foreach（）连用，因为foreach使用Iterator迭代，和list中的方法无法识别，
        如果用list.remove()删除元素，会导致list数值和长度大小都发生改变，但此时Iterator无法知道此时，于是就会报错：ConcurrentModificationException*/
        for (String value : list) {
            System.out.println(value);
        }
        System.out.println("--------分割线--------");
        //为了后面演示方法，此时再假如几个值
        list.add("C");
        list.add("D");
        list.add("e");
        for (String value : list) {
            System.out.println(value);
        }
        System.out.println("--------分割线--------");
        list.set(4, "E");
        for (String value : list) {
            System.out.println(value);
        }
    }

补充一：ArrayList底层其实是动态数组，长度可变，源代码如下：

   
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }
    public void add(int index, E element) {
        rangeCheckForAdd(index);

        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index);
        elementData[index] = element;
        size++;
    }

补充二：ArrayList初始容量是：10，超过这个容量会扩容，扩容规则为：数组需要最小容量+（数组需要最小容量/2），即扩容 1.5倍，源代码如下：

    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
    public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1); 
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }
    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }

        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }
    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;

        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }
    private void grow(int minCapacity) {
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

ArrayList、Vector、LinkedList：

Linkedlist：

Linkedlist和ArrayList、Vector不一样的地方是，Linkedlist不是采用数组结构，而是链状结构，着重操作首位元素和末位元素，源代码如下：

    transient Node<E> first;
    transient Node<E> last;

    public void addFirst(E e) {
        linkFirst(e);
    }
    private void linkFirst(E e) {
        final Node<E> f = first;
        final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
        first = newNode;
        if (f == null)
            last = newNode;
        else
            f.prev = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }
    public void addLast(E e) {
        linkLast(e);
    }
    void linkLast(E e) {
        final Node<E> l = last;
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
        last = newNode;
        if (l == null)
            first = newNode;
        else
            l.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

因为LinkedList着重操作首尾元素，所以增和删相对来说比较高效，而ArrayList和Vector底层是动态数组，存在数组索引（index），所以改和查比较高效。

Vector（已过期，基本不再使用）：

Vector和ArrayList，LinkedList不同的地方是，Vector是线程安全的List，因为它源代码中的方法基本都加上了关键词synchronized：

    public synchronized void addElement(E obj) {
        modCount++;
        ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
        elementData[elementCount++] = obj;
    }
    public synchronized void insertElementAt(E obj, int index) {
        modCount++;
        if (index > elementCount) {
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index
                                                     + " > " + elementCount);
        }
        ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, elementCount - index);
        elementData[index] = obj;
        elementCount++;
    }
    public synchronized boolean removeElement(Object obj) {
        modCount++;
        int i = indexOf(obj);
        if (i >= 0) {
            removeElementAt(i);
            return true;
        }
        return false;
    }
    public synchronized E set(int index, E element) {
        if (index >= elementCount)
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);

        E oldValue = elementData(index);
        elementData[index] = element;
        return oldValue;
    }
    public synchronized E get(int index) {
        if (index >= elementCount)
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);

        return elementData(index);
    }

 有没有其他线程安全的List？

1、java.util.Collections.SynchronizedList

       public static <T> List<T> synchronizedList (List < T > list) {
            return (list instanceof RandomAccess ? new SynchronizedRandomAccessList<>(list) : new SynchronizedList<>(list));
        }
        SynchronizedList(List < E > list) {
            super(list);
            this.list = list;
        }
        public E get ( int index){
            synchronized (mutex) {
                return list.get(index);
            }
        }
        public E set ( int index, E element){
            synchronized (mutex) {
                return list.set(index, element);
            }
        }
        public void add ( int index, E element){
            synchronized (mutex) {
                list.add(index, element);
            }
        }
        public E remove ( int index){
            synchronized (mutex) {
                return list.remove(index);
            }
        }

1、Collection是集合的根接口，Collections是一个Java.util 包下的工具类。

2、Collections.synchronizedList返回的List和Vector一样，在方法上都有synchronized关键字加了锁，让线程变得安全，但同时性能会下降。

2、CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList是Java1.5加入的一个线程安全的变体ArrayList ，其中所有可变操作（ add ， set ，等等）通过对底层数组的最新副本实现。实现方法是：先复制一份List，然后上锁，然后进行增删改查的操作，操作过后再解锁。

    private transient volatile Object[] array;
    final Object[] getArray () {
            return array;
        }
    public CopyOnWriteArrayList() {
            setArray(new Object[0]);
        }
    public CopyOnWriteArrayList(E[]toCopyIn){
            setArray(Arrays.copyOf(toCopyIn, toCopyIn.length, Object[].class));
        }
        public boolean add (E e){
            final ReentrantLock lock = this.lock;
            lock.lock();
            try {
                Object[] elements = getArray();
                int len = elements.length;
                Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
                newElements[len] = e;
                setArray(newElements);
                return true;
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
        public E set ( int index, E element){
            final ReentrantLock lock = this.lock;
            lock.lock();
            try {
                Object[] elements = getArray();
                E oldValue = get(elements, index);

                if (oldValue != element) {
                    int len = elements.length;
                    Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len);
                    newElements[index] = element;
                    setArray(newElements);
                } else {
                    // Not quite a no-op; ensures volatile write semantics
                    setArray(elements);
                }
                return oldValue;
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
        public E remove ( int index){
            final ReentrantLock lock = this.lock;
            lock.lock();
            try {
                Object[] elements = getArray();
                int len = elements.length;
                E oldValue = get(elements, index);
                int numMoved = len - index - 1;
                if (numMoved == 0)
                    setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));
                else {
                    Object[] newElements = new Object[len - 1];
                    System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
                    System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index,
                            numMoved);
                    setArray(newElements);
                }
                return oldValue;
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
        public E get ( int index){
            final ReentrantLock lock = l.lock;
            lock.lock();
            try {
                rangeCheck(index);
                checkForComodification();
                return l.get(index + offset);
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }