集合-List列表
列表List
List接口在Collection的基础上添加了许多方法，允许在list中间插入和删除元素。
List主要有两种类型的具体实现：
- ArrayList：底层数组实现，动态调整集合的大小，擅长随机访问，但在ArrayList中插入和删除元素速度较慢。
- LinkedList：底层链表实现，擅长插入和删除，对于随机访问来说相对较慢。
List
下面以一个例子来介绍List接口中方法的使用：首先定义一个外部类Phone，提供一个静态方法list返回一组Phone集合。
class Phone {
String name;
static List<Phone> list() {
// Exception in thread "main" java.lang.UnsupportedOperationException
//return Arrays.asList(new HuaWei(), new Nova(), new P40(), new Honor(), new IPhone(), new OnePlus());
return new ArrayList<>(Arrays.asList(new HuaWei(), new Nova(), new P40(), new Honor(), new IPhone(), new OnePlus()));
}
@Override
public String toString() {
return name;
}
}
class HuaWei extends Phone{public HuaWei() {super.name = "HuaWei";}}
class Nova extends Phone{public Nova() {super.name = "Nova";}}
class P40 extends Phone{public P40() {super.name = "P40";}}
class Honor extends Phone{public Honor() {super.name = "Honor";}}
class Honor20 extends Phone{public Honor20() {super.name = "Honor20";}}
class IPhone extends Phone{public IPhone() {super.name = "IPhone";}}
class OnePlus extends Phone{public OnePlus() {super.name = "OnePlus";}}
public class ListTest {
public static void main(String[] args) {
List<Phone> phones = Phone.list();
System.out.println(phones);
//=================[1]====================
Honor20 honor20 = new Honor20();
phones.add(honor20); // Automatically resizes
System.out.println("insert honor20->" + phones);
System.out.println("contains honor20->" + phones.contains(honor20));
phones.remove(honor20); // Remove by Object
phones.remove(1); // Remove by index
System.out.println("remove honor20 and object in 1 index->" + phones);
/*
输出：
[HuaWei, Nova, P40, Honor, IPhone, OnePlus]
insert honor20->[HuaWei, Nova, P40, Honor, IPhone, OnePlus, Honor20]
contains honor20->true
remove honor20 and object in 1 index->[HuaWei, P40, Honor, IPhone, OnePlus]
*/
//=================[2]====================
Phone p = phones.get(0);
System.out.println(p + " index:" + phones.indexOf(p));
HuaWei huaWei = new HuaWei();
// 因为集合中存有一个HuaWei对象
// 在没有将新对象huaWei加入到集合中之前,删除这个新对象,查看是否会影响集合中的HuaWei对象
System.out.println(phones.indexOf(huaWei));
System.out.println(phones.remove(huaWei));
// 删除集合中的HuaWei对象
System.out.println(phones.remove(p));
System.out.println(phones);
phones.add(0, new HuaWei()); // 在指定索引处插入对象
System.out.println(phones);
/*
输出：
HuaWei index:0
-1
false
true
[P40, Honor, IPhone, OnePlus]
[HuaWei, P40, Honor, IPhone, OnePlus]
*/
//=================[3]====================
List<Phone> sub = phones.subList(1, 4);// 求子集范围[1,4),4是开区间
System.out.println("subList: " + sub);
System.out.println("before shuffled containsAll->" + phones.containsAll(sub));
Collections.shuffle(phones); // 打乱集合
System.out.println("shuffled subList: " + sub);
System.out.println("after shuffled containsAll->" + phones.containsAll(phones)); //集合元素的顺序不影响containsAll的结果
ArrayList<Phone> copy = new ArrayList<>(phones);//[3.1]
sub = Arrays.asList(phones.get(1), phones.get(4));//[3.2]
System.out.println("copy: " + copy + " sub: " + sub);
copy.retainAll(sub); //求交集
System.out.println("retainAll(求交集之后)的copy: " + copy);
/*
输出：
subList: [P40, Honor, IPhone]
before shuffled containsAll->true
shuffled subList: [OnePlus, Honor, HuaWei]
after shuffled containsAll->true
copy: [IPhone, OnePlus, Honor, HuaWei, P40] sub: [OnePlus, P40]
retainAll(求交集之后)的copy: [OnePlus, P40]
*/
//=================[4]====================
copy = new ArrayList<>(phones);
copy.removeAll(sub);
System.out.println(copy);
copy.set(1, new Honor()); // replace an element
copy.addAll(2, sub); // 在指定索引处插入集合
System.out.println("before clear phones is empty:" + phones.isEmpty());
phones.clear();
System.out.println("clear phones->" + phones);
System.out.println("after clear phones is empty:" + phones.isEmpty());
phones.addAll(Phone.list());
Object[] objects = phones.toArray();
System.out.println(objects[3]);
Phone[] ph = phones.toArray(new Phone[0]);
System.out.println(ph[3]);
/*
输出：
[IPhone, Honor, HuaWei]
before clear phones is empty:false
clear phones->[]
after clear phones is empty:true
Honor
Honor
*/
}
}
[1]：当向List的实现ArrayList集合中插入元素时，能够动态增减大小（自动扩容调整索引），contains方法判断指定的对象是否在集合内，remove是一个重载方法，可以根据对象删除，也可以根据索引删除。
[2]：如果集合中已存在一个HuaWei对象，在没有将新对象HuaWei加入到集合中之前,删除这个新对象,查看是否会影响集合中的HuaWei对象，这是不会影响原集合的，尽管在认知上认为是同一个。contains行为依赖于equals方法。下面会介绍依赖于equals() 的点。
[3]：subList() 方法可以轻松地从更大的列表中创建切片，注意这里不包括边界，当将切片结果传递给原来这个较大的列表的 containsAll() 方法时，很自然地会得到 true。请注意，顺序并不重要，在 sub 上调用直观命名的 Collections.sort() 和 Collections.shuffle() 方法，不会影响 containsAll() 的结果。 subList() 所产生的列表的幕后支持就是原始列表，sub只持有原始列表的部分引用。
retainAll() 方法实际上是一个“集合交集”操作，在本例中，它保留了同时在 copy 和 sub 中的所有元素。请再次注意，所产生的结果行为依赖于 equals() 方法。
[3.1]、[3.2]处的代码，展示了集合是“持有对象引用”的，集合对象变了，但是集合中数据元素的对象引用并没有发生变化，copy、sub集合里面的对象引用和phone中的对象引用是相同的。
[4]：removeAll() 方法也是基于 equals() 方法运行的。 顾名思义，它会从 List 中删除在参数 List 中的所有元素。可以通过set()方法替换指定索引处的元素值，clear()用于清空集合中的元素（清空了集合中持有的对象引用），isEmpty()判断集合中是否含有对象引用（元素）。对于 List ，有一个重载的 addAll() 方法可以将新列表插入到原始列表的中间位置，而不是仅能用 Collection 的 addAll() 方法将其追加到列表的末尾。
toArray() 方法将任意的 Collection 转换为数组。这是一个重载方法，其无参版本返回一个 Object 数组，但是如果将目标类型的数组传递给这个重载版本，那么它会生成一个指定类型的数组（假设它通过了类型检查）。如果参数数组太小而无法容纳 List 中的所有元素（就像本例一样），则 toArray() 会创建一个具有合适尺寸的新数组
依赖于equals方法？持有对象引用？集合常见误区
1、依赖于equals方法
当确定元素是否是属于某个 List ，寻找某个元素的索引，以及通过引用从 List 中删除元素时，都会用到 equals() 方法（根类 Object 的一个方法），如List.indexOf(Object obj)、List.contains(Object obj)、List.containsAll(List lists)、List.remove(Object obj)、List.removeAll(List lists)、List.retainAll(List lists)。上面的HuaWei的例子也可以说明，新生成的HuaWei对象，当调用contains()方法时，怎么知道集合是否包含HuaWei对象，底层就是通过调用对象的equals()判断是否包含，因为类中都没有重写equals()方法，所以默认调用的是父类中的equals()(判断地址)，所以当对新实例HuaWei调用indexOf时，就会返回 -1 （表示未找到），或者调用remove就会返回false。如果我们重写了 equals() ,那么结果就会有所不同。
对于其他类，
equals()的定义可能有所不同。例如，如果两个 String 的内容相同，则这两个 String 相等。因此，为了防止出现意外，请务必注意 List 行为会根据equals()行为而发生变化。
@Test
public void testList() {
List<String> strings = new ArrayList<>(Arrays.asList("Long", "Abc", "Qwe"));
strings.add("Long");
System.out.println(Arrays.toString(strings.toArray()));
System.out.println(strings.remove("Long"));
//System.out.println(strings.remove(new String("Long"))); 等同于上面
System.out.println(Arrays.toString(strings.toArray()));
System.out.println(strings.remove("Long"));
System.out.println(Arrays.toString(strings.toArray()));
/*
输出：
[Long, Abc, Qwe, Long]
true
[Abc, Qwe, Long]
true
[Abc, Qwe]
*/
}
从上面结果我们就可以看出，一String类重写了equals方法，所以remove方法看的效果和之前是不一样的；二因为集合中有两个与"Long"相等的数据元素，默认是从第一个开始处理的，不仅仅是对于remove还有contains等等都会处理第一个出现的元素。
2、持有对象引用
public static void main(String[] args) {
// 持有对象引用思想
List<Phone> phones = Phone.list();
System.out.println(phones);
// copy集合也保存了phones集合中的所持有的对象引用，
// 注意仅仅是保存了一组地址值在集合中，并不是保存了数据对象。
// 注意理解 对象引用的概念。
ArrayList<Phone> copy = new ArrayList<>(phones);
copy.clear();
System.out.println("copy->" + copy);
// copy仅仅是清空了集合中保存的地址值，并没有销毁对象，只是不在持有对象引用
// phones并没有清空引用值，所以说phone还是保留着手机对象的引用值。
System.out.println("phones->" + phones);
// 还是对象引用的概念，这里不再阐述。
Phone phone = phones.get(0);
System.out.println(phone.name);
copy = new ArrayList<>(phones);
Phone copyPhone = copy.get(0);
copyPhone.name = "Nokia";
System.out.println(phone.name);
}
3、集合常见误区？
Phone类中存在一个静态方法
static List<Phone> list() {
// Exception in thread "main" java.lang.UnsupportedOperationException
//return Arrays.asList(new HuaWei(), new Nova(), new P40(), new Honor(), new IPhone(), new OnePlus());[1]
return new ArrayList<>(Arrays.asList(new HuaWei(), new Nova(), new P40(), new Honor(), new IPhone(), new OnePlus()));
}
当使用[1]构造的集合列表，若之后对该集合列表进行add或者remove操作就会引发java.lang.UnsupportedOperationException，这是为什么呢？来看一下Arrays.asList(T... a)底层源码:
@SafeVarargs
public static <T> List<T> asList(T... a) {
return new ArrayList<>(a);
}
方法返回的ArrayList，ArrayList集合不可以动态扩容吗？这就很奇怪了，当仔细观察，发现ArrayList并不是java.util.ArrayList，而是java.util.Arrays.ArrayList，属于Arrays的一个私有内部类，继承了AbstractList并重写了一些方法，add和remove方法并没有重写，那么默认会调用父类AbstractList的方法，AbstractList抽象类的add和remove的方法体就是抛出异常，所以说这就是为什么对Arrays.asList(T... a)的结果进行写操作时会引发异常。另一方面来说，java.util.Arrays.ArrayList底层是数组来存储值的，由于add和remove这两个方法会尝试修改数组大小，所以会在运行时得到“Unsupported Operation（不支持的操作）”错误：
public void add(int index, E element) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
public E remove(int index) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
LinkedList(链表)
数组和数组列表都有一个重大的缺陷，当从数组的中间位置删除一个元素要付出很大的代价，因为数组中处于被删除元素之后的所有元素都要向数组的前端移动，如果数据量大的话，这是十分耗时的。Java中的链表解决了这个问题，链表将对象存放在独立的结点中，每个结点保留着下一个结点的引用。
LinkedList底层结构就是链表，它实现了基本的List接口，它在List中间执行插入和删除时比ArrayList更高效，但随机访问操作效率不及ArrayList。
在Java中，所有链表实际上都是双向链表（doubly linked）—每个结点还存放着指向前驱结点的引用。
LinkedList 还添加了一些方法，使其可以被用作栈、队列或双端队列（deque） 。在这些方法中，有些彼此之间可能只是名称有些差异，或者只存在些许差异，以使得这些名字在特定用法的上下文环境中更加适用（特别是在 Queue 中）。例如：
getFirst()和element()是相同的，element()底层就是调用的getFirst()，它们都返回列表的头部（第一个元素）而并不删除它，如果 List 为空，则抛出 NoSuchElementException 异常。peek()方法与这两个方法只是稍有差异，它在列表为空时返回 null 。removeFirst()和remove()也是相同的，它们删除并返回列表的头部元素，并在列表为空时抛出 NoSuchElementException 异常。poll()稍有差异，它在列表为空时返回 null 。addFirst()在列表的开头插入一个元素。offer()与add()和addLast()相同。 它们都在列表的尾部（末尾）添加一个元素。removeLast()删除并返回列表的最后一个元素。
示例：
public class LinkedListTest {
public static void main(String[] args) {
LinkedList<Phone> phones = new LinkedList<>(Phone.list());
System.out.println(phones);
// 获取第一个元素，不同点是对empty-list的行为不同
System.out.println("getFirst:" + phones.getFirst());
System.out.println("element:" + phones.element());
System.out.println("peek:" + phones.peek());
// 删除并返回删除的元素
System.out.println("phones.remove():" + phones.remove());// 底层通过removeFirst删除
System.out.println("phones.removeFirst():" + phones.removeFirst());
System.out.println("phones.poll():" + phones.poll());
System.out.println(phones);
// 在列表头插入一个元素
phones.addFirst(Phone.get());
System.out.println("After addFirst():" + phones);
// 在列表尾插入元素 offer add addLast
phones.offer(Phone.get());
System.out.println("After offer():" + phones);
phones.add(Phone.get());
System.out.println("After add():" + phones);
phones.addLast(new Honor20());
System.out.println("After addLast(): " + phones);
/*
输出：
[HuaWei, Nova, P40, Honor, IPhone, OnePlus]
getFirst:HuaWei
element:HuaWei
peek:HuaWei
phones.remove():HuaWei
phones.removeFirst():Nova
phones.poll():P40
[Honor, IPhone, OnePlus]
After addFirst():[OnePlus, Honor, IPhone, OnePlus]
After offer():[OnePlus, Honor, IPhone, OnePlus, IPhone]
After add():[OnePlus, Honor, IPhone, OnePlus, IPhone, IPhone]
After addLast(): [OnePlus, Honor, IPhone, OnePlus, IPhone, IPhone, Honor20]
*/
}
}
Iterator
迭代器是一个对象，它在一个序列中移动并选择该序列中的每个对象，而客户端程序员不知道或不关心该序列的底层结构。另外迭代器通常称为轻量级对象（lightweight object）:创建它的代价小。Java的Iterator只能单向移动。
Iterator接口源码：
public interface Iterator<E> {
/*检查序列中是否还有元素*/
boolean hasNext();
/*获得序列中的下一个元素*/
E next();
/*将迭代器最近返回的那个元素删除*/
default void remove() {
throw new UnsupportedOperationException("remove");
}
default void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) {
Objects.requireNonNull(action);
while (hasNext())
action.accept(next());
}
}
Iterator的简单使用
示例一：
public class IteratorTest {
public static void main(String[] args) {
// Iterator遍历元素
List<Phone> phones = Phone.list();
Iterator<Phone> it = phones.iterator();
while (it.hasNext()) {
Phone p = it.next();
System.out.print(p + " ");
}
System.out.println();
// for-each增强for循环,Collection接口扩展了Iterable接口，
// 对于任何实现了Collection接口的类都使用for-each循环
for (Phone p : phones) {
System.out.print(p + " ");
}
System.out.println();
// 利用Iterator删除元素
it = phones.iterator();
for (int i = 0; i < 3; i++) {
it.next();
it.remove();
}
System.out.println(phones);
/*
输出
HuaWei Nova P40 Honor IPhone OnePlus
HuaWei Nova P40 Honor IPhone OnePlus
[Honor, IPhone, OnePlus]
*/
}
}
根据示例一，可得知，有了Iterator，遍历元素时，我们不在关心集合的数量，会由hasNext()和next()帮我们处理。Iterator可以删除next()生成的最后一个元素，需要注意，必须在next之后调用remove()，至于为什么，下面会介绍。
示例二：
public class IteratorTestTwo {
public static void display(Iterator<Phone> it) {
while(it.hasNext()) {
Phone p = it.next();
System.out.print(p + " ");
}
System.out.println();
}
// 更通用的方法
public static void display(Iterable<Phone> iterable) {
iterable.forEach(System.out::print);
}
public static void main(String[] args) {
List<Phone> phones = Phone.list();
LinkedList<Phone> phonesLL = new LinkedList<>(phones);
HashSet<Phone> phonesHS = new HashSet<>(phones);
// 注意这里需要之前的Phone类实现Comparable接口，因为TreeSet需要比较然后按元素顺序排序
TreeSet<Phone> phonesTS = new TreeSet<>(phones);
display(phones.iterator());
display(phonesLL.iterator());
display(phonesHS.iterator());
display(phonesTS.iterator());
/*
输出：
HuaWei Nova P40 Honor IPhone OnePlus
HuaWei Nova P40 Honor IPhone OnePlus
P40 OnePlus IPhone HuaWei Honor Nova
Honor HuaWei IPhone Nova OnePlus P40
*/
display(phones); // List间接继承了Iterable接口,对于其他集合序列也一样
}
}
示例二展示了我们无需知道具体序列的类型，Iterator将遍历序列的操作与该序列的底层结构分离，或者说迭代器统一了对集合的访问方式。另外display是一个重载方法，形参是Iterable类型的，Iterable可以产生Iterator的任何方法，并且它还有一个forEach默认方法。使用它对集合的访问显得更简单，可以直接通过display(phones)就可以访问，因为集合都实现了Collection，而它又扩展了Iterable，间接继承。
Collection类扩展了Iterable接口，而Iterable接口提供了获取一个Iterator对象的方法，所以对于任何集合，都可以获取它的Iterator对象。
ListIterator
ListIterator是一个更强大的Iterator子类型，它只能由各种List类生成。Iterator 只能向前移动，而 ListIterator 可以双向移动。它可以生成迭代器在列表中指向位置的后一个和前一个元素的索引，并且支持修改集合中的元素。可以通过调用集合实现类中的 listIterator() 方法来生成指向 List 开头处的 ListIterator ，还可以通过调用 listIterator(n) 创建一个一开始就指向列表索引号为 n 的元素处的 ListIterator 。
ListIterator源码
public interface ListIterator<E> extends Iterator<E> {
// Query Operations
boolean hasNext();
E next();
boolean hasPrevious();
E previous();
int nextIndex();
int previousIndex();
// Modification Operations
void remove();
/*set方法用一个新元素取代调用next或previous方法返回的上一个元素*/
void set(E e);
void add(E e);
}
示例：
public static void main(String[] args) {
List<Phone> phones = Phone.list();
ListIterator<Phone> it = phones.listIterator();
while (it.hasNext()) {
System.out.println(it.next() + ",nextIndex:" + it.nextIndex() + ",previousIndex:" + it.previousIndex()+";");
}
// 从后往前遍历
System.out.print("reverse traverse->" );
while (it.hasPrevious()) {
System.out.print(it.previous() + " ");
}
System.out.println();
System.out.println(phones);
it = phones.listIterator(3);
// 获得从索引3处开始的ListIterator对象
while (it.hasNext()) {
it.next();
// get()会随机得到一个Phone对象
it.set(Phone.get());
}
// 在集合尾部添加一个元素
it.add(Phone.get());
System.out.println(phones);
/*
输出：
HuaWei,nextIndex:1,previousIndex:0;
Nova,nextIndex:2,previousIndex:1;
P40,nextIndex:3,previousIndex:2;
Honor,nextIndex:4,previousIndex:3;
IPhone,nextIndex:5,previousIndex:4;
OnePlus,nextIndex:6,previousIndex:5;
reverse traverse->OnePlus IPhone Honor P40 Nova HuaWei
[HuaWei, Nova, P40, Honor, IPhone, OnePlus]
[HuaWei, Nova, P40, OnePlus, IPhone, P40, Honor]
*/
}
ListIterator是一个接口，ArrayList没有实现却能返回这个接口的对象？
底层发现ArrayList并没有直接实现ListIterator，有点和Arrays类似，也是通过一个私有匿名内部类间接实现ListIterator，所以说就能获得该对象。
看源码！
迭代器注意点
迭代器解析
Java迭代器的查找操作和位置变更是紧密相连的。只能顺序next()或者反序previous()依次遍历。不能像get(index)那样随机访问。
因此，应该讲Java迭代器认为是位于两个元素之间。当调用next或者previous，迭代器就越过下一个元素或者上一个元素，并返回刚刚越过的那个元素的引用。
Iterator的next方法和remove方法的调用具有相互依赖性。如果调用remove之前没有调用next将是不合法的。否则就会抛出IllegalStateException。对于previous同样道理。
List<String> strings = new ArrayList<>(Arrays.asList("aaa", "bbb", "ccc"));
ListIterator<String> it = strings.listIterator(3);
while (it.hasPrevious()) {
it.hasPrevious();
it.remove();
// 不可再次调用,只消耗刚刚返回的那个元素
// it.remove();
}
这样做有什么好处，我所理解到的是避免了一定的死循环，比如
List<String> strings = new ArrayList<>(Arrays.asList("aaa", "bbb", "ccc"));
ListIterator<String> it = strings.listIterator();
// [1]没有死循环
while (it.hasNext()) {
it.next();
it.add("11");
}
System.out.println(Arrays.toString(strings.toArray()));
// 输出：[aaa, 11, bbb, 11, ccc, 11]
// [2]下面就会出现死循环
while (it.hasPrevious()) {
it.previous();
it.add("22");
}
System.out.println(Arrays.toString(strings.toArray()));
// 死循环
[1]如果it指针指向了当前索引而不是当前元素和下一个元素的中间位置，那么上面就会造成死循环。因为遍历的总是插入的前一个元素
[2]为什么会死循环？看源码给予了解答：
/*
*Inserts the specified element into the list (optional operation).
* The element is inserted immediately before the element that
* would be returned by {@link #next}, if any, and after the element
* that would be returned by {@link #previous}, if any
*/
插入元素在调用next()方法返回的元素之前（如果有的话），或者调用previous()在返回的元素之后插入（如果有的话）。当调用previous()后，然后add()总是会在光标（指针所在位置）之后插入，所以就会导致插入的元素总是在光标之后，从而导致了死循环。下图解释了这一现象：
多个迭代器修改访问异常
List<String> strings = new ArrayList<>(Arrays.asList("aaa", "bbb", "ccc"));
ListIterator<String> it1 = strings.listIterator();
ListIterator<String> it2 = strings.listIterator();
it1.next();
it1.remove();
it2.next();
// Exception in thread "main" java.util.ConcurrentModificationException
1）如果在某个迭代器修改集合时，另一个迭代器对其进行遍历，一定会出现混乱的状态。如上，如果一个迭代器指向另一个迭代器刚刚删除的元素前，现在这个迭代器就是无效的，并且不应该在使用。否则抛出ConcurrentModificationException。
2）在迭代元素的时候不能通过集合的方法删除元素, 否则会抛出ConcurrentModificationException 异常. 但是可以通过Iterator接口中的remove()方法进行删除.
fail-fast&fail-safe
快速失败机制和安全失败机制的区别？
Iterator的安全失败是基于对底层集合做拷贝，因此，它不受源集合上修改的影响。java.util包下面的所有的集合类都是快速失败的，而java.util.concurrent包下面的所有的类都是安全失败的。快速失败的迭代器会抛出ConcurrentModificationException异常，而安全失败的迭代器永远不会抛出这样的异常。
