Java提高篇(三二)-----List总结

2023-07-23 13:42:58

前面LZ已经充分介绍了有关于List接口的大部分知识，如ArrayList、LinkedList、Vector、Stack，通过这几个知识点可以对List接口有了比较深的了解了。只有通过归纳总结的知识才是你的知识。所以下面LZ就List接口做一个总结。推荐阅读：

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，成为有序的Collection也就是序列。该接口可以对列表中的每一个元素的插入位置进行精确的控制，同时用户可以根据元素的整数索引（在列表中的位置）访问元素，并搜索列表中的元素。下图是List接口的框架图：

通过上面的框架图，可以对List的结构了然于心，其各个类、接口如下：

Collection：Collection 层次结构中的根接口。它表示一组对象，这些对象也称为 collection 的元素。对于Collection而言，它不提供任何直接的实现，所有的实现全部由它的子类负责。

AbstractCollection：提供 Collection 接口的骨干实现，以最大限度地减少了实现此接口所需的工作。对于我们而言要实现一个不可修改的 collection，只需扩展此类，并提供 iterator 和 size 方法的实现。但要实现可修改的 collection，就必须另外重写此类的 add 方法（否则，会抛出 UnsupportedOperationException），iterator 方法返回的迭代器还必须另外实现其 remove 方法。

Iterator：迭代器。

ListIterator：系列表迭代器，允许程序员按任一方向遍历列表、迭代期间修改列表，并获得迭代器在列表中的当前位置。

List：继承于Collection的接口。它代表着有序的队列。

AbstractList：List 接口的骨干实现，以最大限度地减少实现“随机访问”数据存储（如数组）支持的该接口所需的工作。

Queue：队列。提供队列基本的插入、获取、检查操作。

Deque：一个线性 collection，支持在两端插入和移除元素。大多数 Deque 实现对于它们能够包含的元素数没有固定限制，但此接口既支持有容量限制的双端队列，也支持没有固定大小限制的双端队列。

AbstractSequentialList：提供了 List 接口的骨干实现，从而最大限度地减少了实现受“连续访问”数据存储（如链接列表）支持的此接口所需的工作。从某种意义上说，此类与在列表的列表迭代器上实现“随机访问”方法。

LinkedList：List 接口的链接列表实现。它实现所有可选的列表操作。

ArrayList：List 接口的大小可变数组的实现。它实现了所有可选列表操作，并允许包括 null 在内的所有元素。除了实现 List 接口外，此类还提供一些方法来操作内部用来存储列表的数组的大小。

Vector：实现可增长的对象数组。与数组一样，它包含可以使用整数索引进行访问的组件。

Stack：后进先出（LIFO）的对象堆栈。它通过五个操作对类 Vector 进行了扩展，允许将向量视为堆栈。

Enumeration：枚举，实现了该接口的对象，它生成一系列元素，一次生成一个。连续调用 nextElement 方法将返回一系列的连续元素。

二、使用场景

学习知识的根本目的就是使用它。每个知识点都有它的使用范围。集合也是如此，在Java中集合的家族非常庞大，每个成员都有最适合的使用场景。在刚刚接触List时，LZ就说过如果涉及到“栈”、“队列”、“链表”等操作，请优先考虑用List。至于是那个List则分如下：

1、对于需要快速插入、删除元素，则需使用LinkedList。

2、对于需要快速访问元素，则需使用ArrayList。

3、对于“单线程环境”或者“多线程环境，但是List仅被一个线程操作”，需要考虑使用非同步的类，如果是“多线程环境，切List可能同时被多个线程操作”，考虑使用同步的类（如Vector）。

2.1ArrayList、LinkedList性能分析

在List中我们使用最普遍的就是LinkedList和ArrayList，同时我们也了解了他们两者之间的使用场景和区别。

public class ListTest {

    private static final int COUNT = 100000;
</span><span style="color: rgb(0,0,255)">private</span> <span style="color: rgb(0,0,255)">static</span> ArrayList arrayList = <span style="color: rgb(0,0,255)">new</span> ArrayList&lt;&gt;<span style="color: rgb(0,0,0)">();

</span><span style="color: rgb(0,0,255)">private</span> <span style="color: rgb(0,0,255)">static</span> LinkedList linkedList = <span style="color: rgb(0,0,255)">new</span> LinkedList&lt;&gt;<span style="color: rgb(0,0,0)">();

</span><span style="color: rgb(0,0,255)">private</span> <span style="color: rgb(0,0,255)">static</span> Vector vector = <span style="color: rgb(0,0,255)">new</span> Vector&lt;&gt;<span style="color: rgb(0,0,0)">();

</span><span style="color: rgb(0,0,255)">public</span> <span style="color: rgb(0,0,255)">static</span> <span style="color: rgb(0,0,255)">void</span><span style="color: rgb(0,0,0)"> insertToList(List list){

    </span><span style="color: rgb(0,0,255)">long</span> startTime =<span style="color: rgb(0,0,0)"> System.currentTimeMillis();

    </span><span style="color: rgb(0,0,255)">for</span>(<span style="color: rgb(0,0,255)">int</span> i = 0 ; i &lt; COUNT ; i++<span style="color: rgb(0,0,0)">){

        list.add(</span>0<span style="color: rgb(0,0,0)">,i);

    }

    </span><span style="color: rgb(0,0,255)">long</span> endTime =<span style="color: rgb(0,0,0)"> System.currentTimeMillis();

    System.out.println(</span>&quot;插入 &quot; + COUNT + &quot;元素&quot; + getName(list) + &quot;花费 &quot; + (endTime - startTime) + &quot; 毫秒&quot;<span style="color: rgb(0,0,0)">);

}

</span><span style="color: rgb(0,0,255)">public</span> <span style="color: rgb(0,0,255)">static</span> <span style="color: rgb(0,0,255)">void</span><span style="color: rgb(0,0,0)"> deleteFromList(List list){

    </span><span style="color: rgb(0,0,255)">long</span> startTime =<span style="color: rgb(0,0,0)"> System.currentTimeMillis();

    </span><span style="color: rgb(0,0,255)">for</span>(<span style="color: rgb(0,0,255)">int</span> i = 0 ; i &lt; COUNT ; i++<span style="color: rgb(0,0,0)">){

        list.remove(</span>0<span style="color: rgb(0,0,0)">);

    }

    </span><span style="color: rgb(0,0,255)">long</span> endTime =<span style="color: rgb(0,0,0)"> System.currentTimeMillis();

    System.out.println(</span>&quot;删除&quot; + COUNT + &quot;元素&quot; + getName(list) + &quot;花费 &quot; + (endTime - startTime) + &quot; 毫秒&quot;<span style="color: rgb(0,0,0)">);

}

</span><span style="color: rgb(0,0,255)">public</span> <span style="color: rgb(0,0,255)">static</span> <span style="color: rgb(0,0,255)">void</span><span style="color: rgb(0,0,0)"> readList(List list){

    </span><span style="color: rgb(0,0,255)">long</span> startTime =<span style="color: rgb(0,0,0)"> System.currentTimeMillis();

    </span><span style="color: rgb(0,0,255)">for</span>(<span style="color: rgb(0,0,255)">int</span> i = 0 ; i &lt; COUNT ; i++<span style="color: rgb(0,0,0)">){

        list.get(i);

    }

    </span><span style="color: rgb(0,0,255)">long</span> endTime =<span style="color: rgb(0,0,0)"> System.currentTimeMillis();

    System.out.println(</span>&quot;读取&quot; + COUNT + &quot;元素&quot; + getName(list) + &quot;花费 &quot; + (endTime - startTime) + &quot; 毫秒&quot;<span style="color: rgb(0,0,0)">);

}

</span><span style="color: rgb(0,0,255)">private</span> <span style="color: rgb(0,0,255)">static</span><span style="color: rgb(0,0,0)"> String getName(List list) {

    String name </span>= &quot;&quot;<span style="color: rgb(0,0,0)">;

    </span><span style="color: rgb(0,0,255)">if</span>(list <span style="color: rgb(0,0,255)">instanceof</span><span style="color: rgb(0,0,0)"> ArrayList){

        name </span>= &quot;ArrayList&quot;<span style="color: rgb(0,0,0)">;

    }

    </span><span style="color: rgb(0,0,255)">else</span> <span style="color: rgb(0,0,255)">if</span>(list <span style="color: rgb(0,0,255)">instanceof</span><span style="color: rgb(0,0,0)"> LinkedList){

        name </span>= &quot;LinkedList&quot;<span style="color: rgb(0,0,0)">;

    }

    </span><span style="color: rgb(0,0,255)">else</span> <span style="color: rgb(0,0,255)">if</span>(list <span style="color: rgb(0,0,255)">instanceof</span><span style="color: rgb(0,0,0)"> Vector){

        name </span>= &quot;Vector&quot;<span style="color: rgb(0,0,0)">;

    }

    </span><span style="color: rgb(0,0,255)">return</span><span style="color: rgb(0,0,0)"> name;

}

</span><span style="color: rgb(0,0,255)">public</span> <span style="color: rgb(0,0,255)">static</span> <span style="color: rgb(0,0,255)">void</span><span style="color: rgb(0,0,0)"> main(String[] args) {

    insertToList(arrayList);

    insertToList(linkedList);

    insertToList(vector);

    System.out.println(</span>&quot;--------------------------------------&quot;<span style="color: rgb(0,0,0)">);

    readList(arrayList);

    readList(linkedList);

    readList(vector);

    System.out.println(</span>&quot;--------------------------------------&quot;<span style="color: rgb(0,0,0)">);

    deleteFromList(arrayList);

    deleteFromList(linkedList);

    deleteFromList(vector);

}

}

运行结果:

插入 100000元素ArrayList花费 3900 毫秒

插入 100000元素LinkedList花费 15 毫秒

插入 100000元素Vector花费 3933 毫秒

--------------------------------------

读取100000元素ArrayList花费 0 毫秒

读取100000元素LinkedList花费 8877 毫秒

读取100000元素Vector花费 16 毫秒

--------------------------------------

删除100000元素ArrayList花费 4618 毫秒

删除100000元素LinkedList花费 16 毫秒

删除100000元素Vector花费 4759 毫秒

从上面的运行结果我们可以清晰的看出ArrayList、LinkedList、Vector增加、删除、遍历的效率问题。下面我就插入方法add(int index, E element),delete、get方法各位如有兴趣可以研究研究。

首先我们先看三者之间的源码：

ArrayList

public void add(int index, E element) {

        rangeCheckForAdd(index);   //检查是否index是否合法

        ensureCapacityInternal(size + 1);  //扩容操作

        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index);    //数组拷贝

        elementData[index] = element;   //插入

        size++;

    }

rangeCheckForAdd、ensureCapacityInternal两个方法没有什么影响，真正产生影响的是System.arraycopy方法，该方法是个JNI函数，是在JVM中实现的。声明如下：

public static native void arraycopy(Object src, int srcPos, Object dest, int destPos, int length);

目前LZ无法看到源码，具体的实现不是很清楚，不过System.arraycopy源码分析对其进行了比较清晰的分析。但事实上我们只需要了解该方法会移动index后面的所有元素即可，这就意味着ArrayList的add(int index, E element)方法会引起index位置之后所有元素的改变，这真是牵一处而动全身。

LinkedList

public void add(int index, E element) {

        checkPositionIndex(index);
    </span><span style="color: rgb(0,0,255)">if</span> (index == size)     <span style="color: rgb(0,128,0)">//</span><span style="color: rgb(0,128,0)">插入位置在末尾</span>

linkLast(element);


else


linkBefore(element, node(index));


}

该方法比较简单，插入位置在末尾则调用linkLast方法，否则调用linkBefore方法，其实linkLast、linkBefore都是非常简单的实现，就是在index位置插入元素，至于index具体为知则有node方法来解决，同时node对index位置检索还有一个加速作用，如下：

Node<E> node(int index) {

        if (index < (size >> 1)) {    //如果index 小于 size/2 则从头开始查找

            Node<E> x = first;

            for (int i = 0; i < index; i++)

                x = x.next;

            return x;

        } else {   //如果index 大于 size/2 则从尾部开始查找

            Node<E> x = last;

            for (int i = size - 1; i > index; i--)

                x = x.prev;

            return x;

        }

    }

所以linkedList的插入动作比ArrayList动作快就在于两个方面。1：linkedList不需要执行元素拷贝动作，没有牵一发而动全身的大动作。2:查找插入位置有加速动作即：若index < 双向链表长度的1/2，则从前向后查找; 否则，从后向前查找。

Vector

Vector的实现机制和ArrayList一样，同样是使用动态数组来实现的，所以他们两者之间的效率差不多，add的源码也一样，如下：

public void add(int index, E element) {

        insertElementAt(element, index);

    }
</span><span style="color: rgb(0,0,255)">public</span> <span style="color: rgb(0,0,255)">synchronized</span> <span style="color: rgb(0,0,255)">void</span> insertElementAt(E obj, <span style="color: rgb(0,0,255)">int</span><span style="color: rgb(0,0,0)"> index) {

    modCount</span>++<span style="color: rgb(0,0,0)">;

    </span><span style="color: rgb(0,0,255)">if</span> (index &gt;<span style="color: rgb(0,0,0)"> elementCount) {

        </span><span style="color: rgb(0,0,255)">throw</span> <span style="color: rgb(0,0,255)">new</span><span style="color: rgb(0,0,0)"> ArrayIndexOutOfBoundsException(index

                                                 </span>+ &quot; &gt; &quot; +<span style="color: rgb(0,0,0)"> elementCount);

    }

    ensureCapacityHelper(elementCount </span>+ 1<span style="color: rgb(0,0,0)">);

    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index </span>+ 1, elementCount -<span style="color: rgb(0,0,0)"> index);

    elementData[index] </span>=<span style="color: rgb(0,0,0)"> obj;

    elementCount</span>++<span style="color: rgb(0,0,0)">;

}</span></pre>

上面是针对ArrayList、LinkedList、Vector三者之间的add（int index,E element)方法的解释，解释了LinkedList的插入动作要比ArrayList、Vector的插入动作效率为什么要高出这么多！至于delete、get两个方法LZ就不多解释了。

同时LZ在写上面那个例子时发现了一个非常有趣的现象，就是linkedList在某些时候执行add方法时比ArrayList方法会更慢！至于在什么情况？为什么会慢LZ下篇博客解释，当然不知道这个情况各位是否也遇到过？？