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();
}
}
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