List總結

2019-11-11 02:51:12

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供稿：網友

前面LZ已經充分介紹了有關于List接口的大部分知識，如ArrayList、LinkedList、Vector、Stack，通過這幾個知識點可以對List接口有了比較深的了解了。只有通過歸納總結的知識才是你的知識。所以下面LZ就List接口做一個總結。推薦閱讀：

java提高篇（二一）-----ArrayList

java提高篇（二二）-----LinkedList

java提高篇（二九）-----Vector

Java提高篇（三一）-----Stack

一、List接口概述

List接口，成為有序的Collection也就是序列。該接口可以對列表中的每一個元素的插入位置進行精確的控制，同時用戶可以根據元素的整數索引（在列表中的位置）訪問元素，并搜索列表中的元素。下圖是List接口的框架圖：

通過上面的框架圖，可以對List的結構了然于心，其各個類、接口如下：

Collection：Collection 層次結構中的根接口。它表示一組對象，這些對象也稱為 collection 的元素。對于Collection而言，它不提供任何直接的實現，所有的實現全部由它的子類負責。

AbstractCollection：提供 Collection 接口的骨干實現，以最大限度地減少了實現此接口所需的工作。對于我們而言要實現一個不可修改的 collection，只需擴展此類，并提供 iterator 和 size 方法的實現。但要實現可修改的 collection，就必須另外重寫此類的 add 方法（否則，會拋出 UnsupportedOperationException），iterator 方法返回的迭代器還必須另外實現其 remove 方法。

terator：迭代器。

ListIterator：系列表迭代器，允許程序員按任一方向遍歷列表、迭代期間修改列表，并獲得迭代器在列表中的當前位置。

List：繼承于Collection的接口。它代表著有序的隊列。

AbstractList：List 接口的骨干實現，以最大限度地減少實現“隨機訪問”數據存儲（如數組）支持的該接口所需的工作。

Queue：隊列。提供隊列基本的插入、獲取、檢查操作。

Deque：一個線性 collection，支持在兩端插入和移除元素。大多數 Deque 實現對于它們能夠包含的元素數沒有固定限制，但此接口既支持有容量限制的雙端隊列，也支持沒有固定大小限制的雙端隊列。

AbstractSequentialList：提供了 List 接口的骨干實現，從而最大限度地減少了實現受“連續訪問”數據存儲（如鏈接列表）支持的此接口所需的工作。從某種意義上說，此類與在列表的列表迭代器上實現“隨機訪問”方法。

LinkedList：List 接口的鏈接列表實現。它實現所有可選的列表操作。

ArrayList：List 接口的大小可變數組的實現。它實現了所有可選列表操作，并允許包括 null 在內的所有元素。除了實現 List 接口外，此類還提供一些方法來操作內部用來存儲列表的數組的大小。

Vector：實現可增長的對象數組。與數組一樣，它包含可以使用整數索引進行訪問的組件。

Stack：后進先出（LIFO）的對象堆棧。它通過五個操作對類 Vector 進行了擴展，允許將向量視為堆棧。

Enumeration：枚舉，實現了該接口的對象，它生成一系列元素，一次生成一個。連續調用 nextElement 方法將返回一系列的連續元素。

二、使用場景

學習知識的根本目的就是使用它。每個知識點都有它的使用范圍。集合也是如此，在Java中集合的家族非常龐大，每個成員都有最適合的使用場景。在剛剛接觸List時，LZ就說過如果涉及到“?！薄ⅰ瓣犃小?、“鏈表”等操作，請優先考慮用List。至于是那個List則分如下：

1、對于需要快速插入、刪除元素，則需使用LinkedList。

2、對于需要快速訪問元素，則需使用ArrayList。

3、對于“單線程環境”或者“多線程環境，但是List僅被一個線程操作”，需要考慮使用非同步的類，如果是“多線程環境，切List可能同時被多個線程操作”，考慮使用同步的類（如Vector）。

2.1ArrayList、LinkedList性能分析

在List中我們使用最普遍的就是LinkedList和ArrayList，同時我們也了解了他們兩者之間的使用場景和區別。

[java] view plain copypublic class ListTest { PRivate static final int COUNT = 100000; private static ArrayList arrayList = new ArrayList<>(); private static LinkedList linkedList = new LinkedList<>(); private static Vector vector = new Vector<>(); public static void insertToList(List list){ long startTime = System.currentTimeMillis(); for(int i = 0 ; i < COUNT ; i++){ list.add(0,i); } long endTime = System.currentTimeMillis(); System.out.println("插入 " + COUNT + "元素" + getName(list) + "花費 " + (endTime - startTime) + " 毫秒"); } public static void deleteFromList(List list){ long startTime = System.currentTimeMillis(); for(int i = 0 ; i < COUNT ; i++){ list.remove(0); } long endTime = System.currentTimeMillis(); System.out.println("刪除" + COUNT + "元素" + getName(list) + "花費 " + (endTime - startTime) + " 毫秒"); } public static void readList(List list){ long startTime = System.currentTimeMillis(); for(int i = 0 ; i < COUNT ; i++){ list.get(i); } long endTime = System.currentTimeMillis(); System.out.println("讀取" + COUNT + "元素" + getName(list) + "花費 " + (endTime - startTime) + " 毫秒"); } private static String getName(List list) { String name = ""; if(list instanceof ArrayList){ name = "ArrayList"; } else if(list instanceof LinkedList){ name = "LinkedList"; } else if(list instanceof Vector){ name = "Vector"; } return name; } public static void main(String[] args) { insertToList(arrayList); insertToList(linkedList); insertToList(vector); System.out.println("--------------------------------------"); readList(arrayList); readList(linkedList); readList(vector); System.out.println("--------------------------------------"); deleteFromList(arrayList); deleteFromList(linkedList); deleteFromList(vector); } }

運行結果:

[java] view plain copy插入 100000元素ArrayList花費 3900 毫秒插入 100000元素LinkedList花費 15 毫秒插入 100000元素Vector花費 3933 毫秒 -------------------------------------- 讀取100000元素ArrayList花費 0 毫秒讀取100000元素LinkedList花費 8877 毫秒讀取100000元素Vector花費 16 毫秒 -------------------------------------- 刪除100000元素ArrayList花費 4618 毫秒刪除100000元素LinkedList花費 16 毫秒刪除100000元素Vector花費 4759 毫秒

從上面的運行結果我們可以清晰的看出ArrayList、LinkedList、Vector增加、刪除、遍歷的效率問題。下面我就插入方法add(int index, E element),delete、get方法各位如有興趣可以研究研究。

首先我們先看三者之間的源碼：

ArrayList

[java] view plain copypublic void add(int index, E element) { rangeCheckForAdd(index); //檢查是否index是否合法 ensureCapacityInternal(size + 1); //擴容操作 System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index); //數組拷貝 elementData[index] = element; //插入 size++; }

rangeCheckForAdd、ensureCapacityInternal兩個方法沒有什么影響，真正產生影響的是System.arraycopy方法，該方法是個JNI函數，是在JVM中實現的。聲明如下：

[java] view plain copypublic static native void arraycopy(Object src, int srcPos, Object dest, int destPos, int length);

目前LZ無法看到源碼，具體的實現不是很清楚，不過System.arraycopy源碼分析對其進行了比較清晰的分析。但事實上我們只需要了解該方法會移動index后面的所有元素即可，這就意味著ArrayList的add(int index, E element)方法會引起index位置之后所有元素的改變，這真是牽一處而動全身。

LinkedList

[java] view plain copypublic void add(int index, E element) { checkPositionIndex(index); if (index == size) //插入位置在末尾 linkLast(element); else linkBefore(element, node(index)); }

該方法比較簡單，插入位置在末尾則調用linkLast方法，否則調用linkBefore方法，其實linkLast、linkBefore都是非常簡單的實現，就是在index位置插入元素，至于index具體為知則有node方法來解決，同時node對index位置檢索還有一個加速作用，如下：

[java] view plain copyNode<E> node(int index) { if (index < (size >> 1)) { //如果index 小于 size/2 則從頭開始查找 Node<E> x = first; for (int i = 0; i < index; i++) x = x.next; return x; } else { //如果index 大于 size/2 則從尾部開始查找 Node<E> x = last; for (int i = size - 1; i > index; i--) x = x.prev; return x; } }

所以linkedList的插入動作比ArrayList動作快就在于兩個方面。1：linkedList不需要執行元素拷貝動作，沒有牽一發而動全身的大動作。2:查找插入位置有加速動作即：若index < 雙向鏈表長度的1/2，則從前向后查找; 否則，從后向前查找。

Vector

Vector的實現機制和ArrayList一樣，同樣是使用動態數組來實現的，所以他們兩者之間的效率差不多，add的源碼也一樣，如下：

[java] view plain copypublic void add(int index, E element) { insertElementAt(element, index); } 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++; }

上面是針對ArrayList、LinkedList、Vector三者之間的add（int index,E element)方法的解釋，解釋了LinkedList的插入動作要比ArrayList、Vector的插入動作效率為什么要高出這么多！至于delete、get兩個方法LZ就不多解釋了。

同時LZ在寫上面那個例子時發現了一個非常有趣的現象，就是linkedList在某些時候執行add方法時比ArrayList方法會更慢！至于在什么情況？為什么會慢LZ下篇博客解釋，當然不知道這個情況各位是否也遇到過？？