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：

 1     public static void main(String[] args) {
 2         ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
 3         System.out.println(list.isEmpty());// 方法：isEmpty​()，如果此列表不包含元素，则返回 true。
 4         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
 5         list.add(1, "B");// 给第二个位置加元素：B
 6         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
 7         list.add("D");//继续追加元素：D
 8         // 此时遍历一下，看看list的值是否成功加入。
 9         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。
10             System.out.println(value);//输出：A B C D，成功加入数值
11         }
12         System.out.println(list.size());//方法：size​() 返回此列表中的元素数。  
13         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
14         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 。
15         System.out.println(list.get(2));// 方法： get​(int index) 返回此列表中指定位置的元素。
16         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。
17         System.out.println(list.indexOf("E"));// 此时返回：-1
18         System.out.println("--------分割线--------");
19         list.remove(2);// 方法：remove​(int index) 删除该列表中指定位置的元素。
20         // 此时遍历一下，看看list的值是否成功删除。
21         for (String value : list) {
22             System.out.println(value);
23         }
24         System.out.println("--------分割线--------");
25         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）。
26         // 此时遍历一下，看看list的值是否成功删除。
27         /*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，
28         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*/
29         for (String value : list) {
30             System.out.println(value);
31         }
32         System.out.println("--------分割线--------");
33         //为了后面演示方法，此时再假如几个值
34         list.add("C");
35         list.add("D");
36         list.add("e");
37         for (String value : list) {
38             System.out.println(value);
39         }
40         System.out.println("--------分割线--------");
41         list.set(4, "E");
42         for (String value : list) {
43             System.out.println(value);
44         }
45     }

补充一：ArrayList底层其实是动态数组，长度可变，源代码如下：

 1    
 2 private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
 3 public boolean add(E e) {
 4         ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
 5         elementData[size++] = e;
 6         return true;
 7     }
 8     public void add(int index, E element) {
 9         rangeCheckForAdd(index);
10 
11         ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
12         System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index);
13         elementData[index] = element;
14         size++;
15     }

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：

 1     private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
 2     public boolean add(E e) {
 3         ensureCapacityInternal(size + 1); 
 4         elementData[size++] = e;
 5         return true;
 6     }
 7     private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
 8         if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
 9             minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
10         }
11 
12         ensureExplicitCapacity(minCapacity);
13     }
14     private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
15         modCount++;
16 
17         if (minCapacity - elementData.length > 0)
18             grow(minCapacity);
19     }
20     private void grow(int minCapacity) {
21         int oldCapacity = elementData.length;
22         int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
23         if (newCapacity - minCapacity < 0)
24             newCapacity = minCapacity;
25         if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
26             newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
27         elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
28     }

 

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：

 1     transient Node<E> first;
 2     transient Node<E> last;
 3 
 4     public void addFirst(E e) {
 5         linkFirst(e);
 6     }
 7     private void linkFirst(E e) {
 8         final Node<E> f = first;
 9         final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
10         first = newNode;
11         if (f == null)
12             last = newNode;
13         else
14             f.prev = newNode;
15         size++;
16         modCount++;
17     }
18     public void addLast(E e) {
19         linkLast(e);
20     }
21     void linkLast(E e) {
22         final Node<E> l = last;
23         final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
24         last = newNode;
25         if (l == null)
26             first = newNode;
27         else
28             l.next = newNode;
29         size++;
30         modCount++;
31     }

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：

 1     public synchronized void addElement(E obj) {
 2         modCount++;
 3         ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
 4         elementData[elementCount++] = obj;
 5     }
 6     public synchronized void insertElementAt(E obj, int index) {
 7         modCount++;
 8         if (index > elementCount) {
 9             throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index
10                                                      + " > " + elementCount);
11         }
12         ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
13         System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, elementCount - index);
14         elementData[index] = obj;
15         elementCount++;
16     }
17     public synchronized boolean removeElement(Object obj) {
18         modCount++;
19         int i = indexOf(obj);
20         if (i >= 0) {
21             removeElementAt(i);
22             return true;
23         }
24         return false;
25     }
26     public synchronized E set(int index, E element) {
27         if (index >= elementCount)
28             throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
29 
30         E oldValue = elementData(index);
31         elementData[index] = element;
32         return oldValue;
33     }
34     public synchronized E get(int index) {
35         if (index >= elementCount)
36             throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
37 
38         return elementData(index);
39     }

 

 有没有其他线程安全的List？

1、java.util.Collections.SynchronizedList

 1        public static <T> List<T> synchronizedList (List < T > list) {
 2             return (list instanceof RandomAccess ? new SynchronizedRandomAccessList<>(list) : new SynchronizedList<>(list));
 3         }
 4         SynchronizedList(List < E > list) {
 5             super(list);
 6             this.list = list;
 7         }
 8         public E get ( int index){
 9             synchronized (mutex) {
10                 return list.get(index);
11             }
12         }
13         public E set ( int index, E element){
14             synchronized (mutex) {
15                 return list.set(index, element);
16             }
17         }
18         public void add ( int index, E element){
19             synchronized (mutex) {
20                 list.add(index, element);
21             }
22         }
23         public E remove ( int index){
24             synchronized (mutex) {
25                 return list.remove(index);
26             }
27         }

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。

 1     private transient volatile Object[] array;
 2     final Object[] getArray () {
 3             return array;
 4         }
 5     public CopyOnWriteArrayList() {
 6             setArray(new Object[0]);
 7         }
 8     public CopyOnWriteArrayList(E[]toCopyIn){
 9             setArray(Arrays.copyOf(toCopyIn, toCopyIn.length, Object[].class));
10         }
11         public boolean add (E e){
12             final ReentrantLock lock = this.lock;
13             lock.lock();
14             try {
15                 Object[] elements = getArray();
16                 int len = elements.length;
17                 Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
18                 newElements[len] = e;
19                 setArray(newElements);
20                 return true;
21             } finally {
22                 lock.unlock();
23             }
24         }
25         public E set ( int index, E element){
26             final ReentrantLock lock = this.lock;
27             lock.lock();
28             try {
29                 Object[] elements = getArray();
30                 E oldValue = get(elements, index);
31 
32                 if (oldValue != element) {
33                     int len = elements.length;
34                     Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len);
35                     newElements[index] = element;
36                     setArray(newElements);
37                 } else {
38                     // Not quite a no-op; ensures volatile write semantics
39                     setArray(elements);
40                 }
41                 return oldValue;
42             } finally {
43                 lock.unlock();
44             }
45         }
46         public E remove ( int index){
47             final ReentrantLock lock = this.lock;
48             lock.lock();
49             try {
50                 Object[] elements = getArray();
51                 int len = elements.length;
52                 E oldValue = get(elements, index);
53                 int numMoved = len - index - 1;
54                 if (numMoved == 0)
55                     setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));
56                 else {
57                     Object[] newElements = new Object[len - 1];
58                     System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
59                     System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index,
60                             numMoved);
61                     setArray(newElements);
62                 }
63                 return oldValue;
64             } finally {
65                 lock.unlock();
66             }
67         }
68         public E get ( int index){
69             final ReentrantLock lock = l.lock;
70             lock.lock();
71             try {
72                 rangeCheck(index);
73                 checkForComodification();
74                 return l.get(index + offset);
75             } finally {
76                 lock.unlock();
77             }
78         }

 

posted @ 2020-02-16 16:10  请别耽误我写BUG  阅读(457)  评论(0)  编辑  收藏  举报