Java中的List详解

  Java中的List详解

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### Java中的`List`详解

在Java编程中，List接口是用于存储有序集合的一个数据结构。List允许存储重复元素，并能够通过索引访问元素。本文将详细介绍Java List的基本概念、常用实现类、常见操作示例及其内部工作机制。

1. List接口概述

List接口是Java集合框架的一部分，继承自Collection接口。List的主要特点是有序性和可重复性，允许存储重复元素，并且元素有固定的插入顺序。List接口提供了一些特有的方法，使其区别于其他集合类型。

常用的List接口方法包括：

• add(E e): 在列表末尾添加元素。
• add(int index, E element): 在指定位置插入元素。
• get(int index): 获取指定位置的元素。
• remove(int index): 移除指定位置的元素。
• remove(Object o): 移除首次出现的指定元素。
• set(int index, E element): 替换指定位置的元素。
• indexOf(Object o): 返回首次出现的指定元素的索引。
• lastIndexOf(Object o): 返回最后一次出现的指定元素的索引。
• subList(int fromIndex, int toIndex): 返回子列表。

2. List的常用实现类

Java提供了几个常用的List实现类，每个类都有其独特的特性和使用场景。以下是几种主要的实现类：

2.1 ArrayList

• 特点：基于动态数组的实现，允许快速随机访问。
• 存储顺序：按插入顺序存储。
• 性能：查找操作的时间复杂度为O(1)，插入和删除操作的平均时间复杂度为O(n)。
• 适用场景：适用于读多写少的场景。

List<String> arrayList = new ArrayList<>();
arrayList.add("Alice");
arrayList.add("Bob");

2.2 LinkedList

• 特点：基于双向链表的实现，插入和删除操作性能较好。
• 存储顺序：按插入顺序存储。
• 性能：查找操作的时间复杂度为O(n)，插入和删除操作的时间复杂度为O(1)。
• 适用场景：适用于写多读少的场景。

List<String> linkedList = new LinkedList<>();
linkedList.add("Alice");
linkedList.add("Bob");

2.3 Vector

• 特点：古老的实现类，线程安全。
• 存储顺序：按插入顺序存储。
• 性能：由于是线程安全的，因此性能较ArrayList低。
• 适用场景：适用于多线程环境，但更推荐使用Collections.synchronizedList。

List<String> vector = new Vector<>();
vector.add("Alice");
vector.add("Bob");

2.4 CopyOnWriteArrayList

• 特点：线程安全，基于复制机制的实现。
• 存储顺序：按插入顺序存储。
• 性能：读操作性能较好，写操作需要复制整个数组，性能较差。
• 适用场景：适用于读多写少的多线程环境。

List<String> cowList = new CopyOnWriteArrayList<>();
cowList.add("Alice");
cowList.add("Bob");

3. List的常见操作示例

以下是一些常见的List操作示例，包括插入、更新、删除、遍历等：

import java.util.*;

public class ListExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个ArrayList
        List<String> list = new ArrayList<>();

        // 插入元素
        list.add("Alice");
        list.add("Bob");
        list.add("Charlie");

        // 获取元素
        System.out.println("Element at index 1: " + list.get(1));

        // 更新元素
        list.set(1, "David");
        System.out.println("Updated element at index 1: " + list.get(1));

        // 删除元素
        list.remove(2);
        System.out.println("List after removing element at index 2: " + list);

        // 遍历元素
        for (String s : list) {
            System.out.println(s);
        }

        // 使用索引遍历
        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
            System.out.println("Element at index " + i + ": " + list.get(i));
        }

        // 使用Iterator遍历
        Iterator<String> iterator = list.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }
}

4. List的内部工作机制

4.1 ArrayList的工作机制

ArrayList是基于动态数组实现的。它的初始容量是10，当需要增加元素且超过当前容量时，会进行扩容，通常是当前容量的1.5倍。扩容操作需要将原数组的内容复制到新的数组中，因此在频繁插入和删除元素的场景中性能可能会受到影响。

4.2 LinkedList的工作机制

LinkedList是基于双向链表实现的。每个元素（节点）都包含对前一个和后一个元素的引用。插入和删除操作只需调整相邻节点的引用，因此性能较好。但由于需要遍历链表来访问元素，随机访问的性能较差。

5. List的线程安全问题

List的实现类中，只有Vector和CopyOnWriteArrayList是线程安全的。对于其他List实现类，可以通过Collections.synchronizedList方法来实现线程安全：

List<String> synchronizedList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
synchronizedList.add("Alice");
synchronizedList.add("Bob");

需要注意的是，使用Collections.synchronizedList包装的List在迭代时需要手动同步：

synchronized (synchronizedList) {
    Iterator<String> iterator = synchronizedList.iterator();
    while (iterator.hasNext()) {
        System.out.println(iterator.next());
    }
}

6. List的常见应用场景

• 存储有序数据：List适用于存储有序的数据集合，如待办事项列表、学生名单等。
• 需要随机访问：ArrayList在需要频繁随机访问元素的场景中表现优异，如实现缓存机制。
• 频繁插入和删除：LinkedList在需要频繁插入和删除元素的场景中表现优异，如实现队列或双端队列。
• 多线程环境：在多线程环境中，CopyOnWriteArrayList适用于读多写少的场景，如实现事件监听器列表。

7. 总结

Java中的List接口及其实现类为我们提供了强大的有序集合存储和操作功能。选择合适的List实现类可以有效提升程序的性能和可维护性。在实际开发中，根据具体需求选择ArrayList、LinkedList、Vector或CopyOnWriteArrayList，并灵活运用List接口提供的方法，能够让我们的代码更加高效和简洁。

希望本文能帮助你更好地理解和使用Java中的List。如果有任何问题或建议，欢迎留言讨论！

原文链接: https://juejin.cn/post/7377643248188653579