详解Java List中五种常见实现类的使用

目录

• 一、 List概述
• 1.1 List 接口的常见实现类
• 1.2 List接口都定义了那些方法
• 二、ArrayList
• 2.1 ArrayList的特点
• 2.2 ArrayList使用案例
• 三、LinkedList
• 3.1 LinkedList的特点
• 3.2 LinkedList使用案例
• 四、Vector
• 4.1 Vector 的特点
• 4.2 Vector 使用案例
• 五、Stack
• 5.1 Stack 的特点
• 5.2 Stack 使用案例
• 六、CopyOnWriteArrayList
• 6.1 CopyOnWriteArrayList 的特点
• 6.2 CopyOnWriteArrayList 使用案例
• 七、总结

一、 List概述

Java中的List是一个接口，它继承自Collection接口，代表了一个有序的集合，其中的元素可以重复。List提供了一系列方法用于对集合中的元素进行操作，例如添加、删除、获取元素等。Java中常见的List实现类有ArrayList、LinkedList、Vector、Stack和CopyOnWriteArrayList。

在实际开发中，List接口是一种频繁使用的数据结构，它提供了丰富的方法来操作有序的元素集合。由于其灵活性和常用性，List在许多场景下被广泛应用，是开发人员经常选择的数据结构之一。

1.1 List 接口的常见实现类

Java中提供了非常多的使用的List实现类，本文将重点介绍一下这些类以及他们的应用场景。首先罗列一下本文要介绍的实现类都有哪些。

1.2 List接口都定义了那些方法

List接口里面定义的方法还是挺多的，大体可以分为六类，下面我将这些方法分类说明一下：

1.添加元素：

• boolean add(E element)：向列表的末尾添加一个元素。
• void add(int index, E element)：在指定的索引位置添加一个元素。

2.获取元素：

• E get(int index)：获取指定索引位置的元素。
• int indexOf(Object obj)：返回指定元素在列表中首次出现的索引。
• int lastIndexOf(Object obj)：返回指定元素在列表中最后出现的索引。

3.删除元素：

• boolean remove(Object obj)：从列表中删除指定元素的第一个匹配项。
• E remove(int index)：删除指定索引位置的元素。

4.修改元素：

E set(int index, E element)：替换指定索引位置的元素。

5.列表大小：

• int size()：返回列表中的元素数量。
• boolean isEmpty()：检查列表是否为空。

6.遍历元素：

• 使用迭代器（Iterator）遍历列表中的元素。
• 使用增强的for循环（for-each）遍历列表中的元素。

二、ArrayList

ArrayList是一个动态数组实现的类，它是Java集合框架中List接口的一个常用实现类。与传统的数组相比，ArrayList具有更灵活的长度和操作方式。

通过使用ArrayList，可以方便地管理和操作元素集合，它是Java开发中常用的数据结构之一。

2.1 ArrayList的特点

• 动态数组：ArrayList在内部使用数组来存储元素，并且具有动态扩容的能力。当元素数量超过当前数组容量时，ArrayList会自动增加其容量以容纳更多的元素。
• 有序集合：ArrayList是一个有序集合，可以按照元素的插入顺序迭代访问元素。
• 允许重复元素：ArrayList允许存储重复的元素，即可以在列表中存储相同的元素多次。
• 随机访问：由于ArrayList使用基于索引的数组实现，因此可以通过索引进行快速的随机访问和修改元素。可以使用get(index)方法根据索引获取元素，使用set(index, element)方法根据索引修改元素。
• 动态修改：ArrayList提供了一系列方法来动态修改列表，包括添加元素、删除元素、插入元素等。常用的方法包括add(element)用于在列表末尾添加元素，remove(element)用于删除指定元素，add(index, element)用于在指定位置插入元素等。
• 支持迭代器：ArrayList实现了Iterable接口，因此可以使用迭代器来遍历列表中的元素。可以通过iterator()方法获取迭代器，并使用hasNext()和next()方法依次访问元素。
• 非线程安全：ArrayList不是线程安全的，如果在多个线程同时修改ArrayList时，需要进行外部同步或使用线程安全的替代类，如CopyOnWriteArrayList。

2.2 ArrayList使用案例

demo：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ArrayListDemo {

    public static void main(String[] args) {
        List<String> fruits = new ArrayList<>();
        fruits.add("苹果");
        fruits编程客栈.add("香蕉");
        fruits.add("榴莲");
        fruits.add("菠萝");

        // 获取ArrayList的大小
        int size = fruits.size();
        System.out.println("ArrayList的大小：" + size);

        // 访问指定位置的元素
        String element = fruits.get(2);
        System.out.println("索引2上的元素：" + element);

        // 修改指定位置的元素
        fruits.set(1, "菠萝蜜");
        System.out.println("修改后的ArrayList：" + fruits);

        // 删除指定位置的元素
        String removedElement = fruits.remove(3);
        System.out.println("被删除的元素：" + removedElement);
        System.out.println("删除后的Arrawww.devze.comyList：" + fruits);

        // 检查ArrayList是否包含某个元素
        boolean contains = fruits.contains(30);
        System.out.println("ArrayList是否包含30：" android+ contains);

        // 清空ArrayList
        fruits.clear();
        System.out.println("清空后的ArrayList：" + fruits);
    }

}

输出结果：

ArrayList的大小：4

索引2上的元素：榴莲

修改后的ArrayList：[苹果, 菠萝蜜, 榴莲, 菠萝]

被删除的元素：菠萝

删除后的ArrayList：[苹果, 菠萝蜜, 榴莲]

ArrayList是否包含30：false

清空后的ArrayList：[]

三、LinkedList

LinkedList是Java集合框架中的一个实现类，它实现了List接口和Deque接口，基于双向链表的数据结构。相比于ArrayList，LinkedList在某些场景下具有一些特殊的优势和适用性。

LinkedList适用于需要频繁进行插入和删除操作的场景，特别是在实现队列和栈时。

3.1 LinkedList的特点

• 双向链表：LinkedList内部使用双向链表来存储元素。每个节点都包含对前一个节点和后一个节点的引用，因此在插入和删除元素时，LinkedList比ArrayList更高效。由于不需要像ArrayList那样进行数组的扩容和元素的移动，LinkedList对于频繁的插入和删除操作更快。
• 高效的插入和删除操作：由于LinkedList的双向链表结构，插入和删除元素的平均时间复杂度为O(1)，而在ArrayList中，这些操作的时间复杂度为O(n)，其中n是元素的数量。因此，在需要频繁进行插入和删除操作的场景下，LinkedList通常比ArrayList更适合。
• 低效的随机访问：由于LinkedList是基于链表实现的，访问元素需要从头节点或尾节点开始遍历链表，因此随机访问元素的效率较低。在需要频繁进行随机访问的场景下，ArrayList通常更适合。
• 适合实现队列和栈：LinkedList实现了Queue接口和Deque接口，因此可以用作队列（先进先出）和栈（后进先出）的数据结构。它提供了相关的方法，如add()和remove()用于队列操作，以及push()和pop()用于栈操作。
• 内存消耗较大：相比于ArrayList，LinkedList在存储相同数量元素时需要更多的内存，因为每个节点都需要额外的引用来指向前一个节点和后一个节点。

3.2 LinkedList使用案例

demo：

import java.util.LinkedList;

public class LinkedListDemo {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个LinkedList，用于存储字符串
        LinkedList<String> names = new LinkedList<>();

        // 添加元素到LinkedList
        names.add("张三");
        names.add("李四");
        names.add("王五");
        names.add("赵六");

        // 获取LinkedList的大小
        int size = names.size();
        System.ojavascriptut.println("LinkedList的大小：" + size);

        // 访问指定位置的元素
        String element = names.get(2);
        System.out.println("索引2上的元素：" + element);

        // 修改指定位置的元素
        names.set(1, "林七");
        System.out.println("修改后的LinkedList：" + names);

        // 删除指定位置的元素
        String removedElement = names.remove(3);
        System.out.println("被删除的元素：" + removedElement);
        System.out.println("删除后的LinkedList：" + names);

        // 在特定位置插入元素
        names.add(0, "马八");
        System.out.println("插入后的LinkedList：" + names);

        // 检查LinkedList是否包含某个元素
        boolean contains = names.contains("李四");
        System.out.println("LinkedList是否包含李四：" + contains);

        // 清空LinkedList
        names.clear();
        System.out.println("清空后的LinkedList：" + names);
    }

}

输出结果：

LinkedList的大小：4

索引2上的元素：王五

修改后的LinkedList：[张三, 林七, 王五, 赵六]

被删除的元素：赵六

删除后的LinkedList：[张三, 林七, 王五]

插入后的LinkedList：[马八, 张三, 林七, 王五]

LinkedList是否包含李四：false

清空后的LinkedList：[]

四、Vector

Vector是Java集合框架中的一个类，它实现了List接口，是一个动态数组（类似于ArrayList）的线程安全版本。与ArrayList相比，Vector具有额外的同步机制，可以在多线程环境中安全地使用。

虽然Vector具有线程安全的特性，但由于同步机制的开销，它在性能上可能不如ArrayList。因此，如果在单线程环境下工作，建议使用ArrayList；仅在多线程环境下需要线程安全操作时，才考虑使用Vector。

需要注意的是，在Java 5及以后的版本中，推荐使用更加高效的并发集合类，如CopyOnWriteArrayList或ConcurrentLinkedDeque，来替代Vector，因为它们提供更好的性能和扩展性。

4.1 Vector 的特点

• 动态数组：Vector内部使用数组来存储元素，并且具有动态扩容的能力。当元素数量超过当前数组容量时，Vector会自动增加其容量以容纳更多的元素。
• 线程安全：Vector的操作是线程安全的，即多个线程可以同时对Vector进行操作而不会导致数据不一致或其他线程安全问题。Vector通过使用同步机制来实现线程安全，确保在多线程环境中的并发访问操作的正确性。
• 有序集合：Vector是一个有序集合，可以按照元素的插入顺序迭代访问元素。
• 允许重复元素：Vector允许存储重复的元素，即可以在列表中存储相同的元素多次。
• 随机访问：由于Vector使用基于索引的数组实现，因此可以通过索引进行快速的随机访问和修改元素。可以使用get(index)方法根据索引获取元素，使用set(index, element)方法根据索引修改元素。
• 动态修改：Vector提供了一系列方法来动态修改列表，包括添加元素、删除元素、插入元素等。常用的方法包括add(element)用于在列表末尾添加元素，remove(element)用于删除指定元素，add(index, element)用于在指定位置插入元素等。
• 迭代器支持：Vector实现了Iterable接口，因此可以使用迭代器来遍历列表中的元素。可以通过iterator()方法获取迭代器，并使用hasNext()和next()方法依次访问元素。

4.2 Vector 使用案例

demo：

import java.util.Vector;

public class VectorExample {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个Vector，用于存储整数
        Vector<Integer> numbers = new Vector<>heqvDVgyo;();

        // 添加元素到Vector
        numbers.add(11);
        numbers.add(22);
        numbers.add(33);
        numbers.add(44);

        // 获取Vector的大小
        int size = numbers.size();
        System.out.println("Vector的大小：" + size);

        // 访问指定位置的元素
        int element = numbers.get(2);
        System.out.println("索引2上的元素：" + element);

        // 修改指定位置的元素
        numbers.set(1, 25);
        System.out.println("修改后的Vector：" + numbers);

        // 删除指定位置的元素
        int removedElement = numbers.remove(3);
        System.out.println("被删除的元素：" + removedElement);
        System.out.println("删除后的Vector：" + numbers);

        // 在特定位置插入元素
        numbers.add(0, 5);
        System.out.println("插入后的Vector：" + numbers);

        // 检查Vector是否包含某个元素
        boolean contains = numbers.contains(30);
        System.out.println("Vector是否包含30：" + contains);

        // 清空Vector
        numbers.clear();
        System.out.println("清空后的Vector：" + numbers);
    }

}

输出结果：

Vector的大小：4

索引2上的元素：33

修改后的Vector：[11, 25, 33, 44]

被删除的元素：44

删除后的Vector：[11, 25, 33]

插入后的Vector：[5, 11, 25, 33]

Vector是否包含30：false

清空后的Vector：[]

五、Stack

Stack（栈）是Java集合框架中的一个类，它实现了"后进先出"（Last-In-First-Out，LIFO）的数据结构。Stack继承自Vector类，因此具有Vector的所有特性，同时提供了一些额外的栈操作方法。

Stack的主要用途是在需要后进先出操作的场景中，例如在逆序输出、括号匹配、深度优先搜索等算法中常用到。需要注意的是，由于Stack继承自Vector，它具有线程安全的特性，但在性能上可能不如其他非同步的栈实现，如ArrayDeque。因此，在不需要线程安全操作的情况下，可以考虑使用ArrayDeque代替Stack。

5.1 Stack 的特点

• 后进先出（LIFO）：Stack中的元素按照后进先出的顺序进行操作。最后添加的元素将首先被访问或删除，而最先添加的元素将最后被访问或删除。
• 继承自Vector：Stack继承了Vector类的所有功能，包括动态数组实现、随机访问、动态修改等。由于Stack是Vector的子类，因此可以使用Vector的所有方法来操作栈。
• 压栈和出栈：Stack提供了push(element)方法用于将元素压入栈顶，以及pop()方法用于从栈顶弹出并返回栈顶元素。通过这两个方法，可以实现栈的基本操作。
• 查看栈顶元素：Stack提供了peek()方法，用于返回但不删除栈顶元素。这个方法可以用于查看栈顶元素而不改变栈的状态。
• 判空和栈大小：Stack提供了isEmpty()方法来检查栈是否为空，以及size()方法来获取栈中元素的数量。
• 搜索元素：Stack提供了search(element)方法，用于在栈中搜索指定元素，并返回相对于栈顶的距离（如果元素存在于栈中）。如果元素不存在于栈中，则返回-1。

5.2 Stack 使用案例

demo：

import java.util.Stack;

public class StackDemo {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个Stack，用于存储整数
        Stack<Integer> stack = new Stack<>();

        // 压入元素到栈顶
        stack.push(66);
        stack.push(88);
        stack.push(99);

        // 查看栈顶元素
        int topElement = stack.peek();
        System.out.println("栈顶元素：" + topElement);

        // 弹出栈顶元素
        int poppedElement = stack.pop();
        System.out.println("弹出的元素：" + poppedElement);

        // 查看栈的大小
        int size = stack.size();
        System.out.println("栈的大小：" + size);

        // 判断栈是否为空
        boolean isEmpty = stack.isEmpty();
        System.out.println("栈是否为空：" + isEmpty);
    }

}

输出结果：

栈顶元素：99

弹出的元素：99

栈的大小：2

栈是否为空：false

六、CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList是Java并发集合框架中的一种线程安全的列表实现。

由于CopyOnWriteArrayList的写操作会创建新的副本，因此在多个线程同时进行写操作时，不会发生数据不一致的情况。最终输出的列表中包含了所有写线程添加的元素。

注意，由于CopyOnWriteArrayList的特性，读取操作不会受到写操作的影响，因此可以安全地在写操作进行时进行读取操作。

6.1 CopyOnWriteArrayList 的特点

• 线程安全：CopyOnWriteArrayList通过在修改操作时创建一个新的副本来实现线程安全性。这意味着多个线程可以同时进行读取操作，而不会阻塞彼此，且读取操作不会受到修改操作的影响。
• 写时复制：在修改操作（如添加、修改、删除元素）时，CopyOnWriteArrayList会创建一个数组的新副本，以保持原有数组的不可变性。这意味着修改操作不会直接修改原始数组，而是在新副本上进行操作，从而保证了读取操作的线程安全性。
• 高效的读取操作：由于读取操作不需要进行同步或加锁，所以读取操作的性能很高。适用于读多写少的场景。
• 适用于静态数据集：CopyOnWriteArrayList适用于静态数据集，即在创建后很少有修改操作。如果需要频繁进行修改操作，可能会产生较高的内存开销，因为每次修改都会创建新的副本。

6.2 CopyOnWriteArrayList 使用案例

demo：

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

public class CopyOnWriteArrayListDemo {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个CopyOnWriteArrayList，用于存储整数
        CopyOnWriteArrayList<Integer> numbers = new CopyOnWriteArrayList<>();

        // 创建并启动多个线程进行写操作
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            int finalI = i;
            Thread thread = new Thread(() -> {
                numbers.add(finalI);
                System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + "：添加元素 " + finalI);
            });
            thread.start();
        }

        // 等待所有写线程执行完毕
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 输出列表中的元素
        System.out.println("列表中的元素：" + numbers);
    }

}

输出结果：

线程Thread-0：添加元素 0

线程Thread-4：添加元素 4

线程Thread-3：添加元素 3

线程Thread-1：添加元素 1

线程Thread-2：添加元素 2

列表中的元素：[0, 1, 3, 4, 2]

七、总结

ArrayList、LinkedList、Vector、Stack和CopyOnWriteArrayList都是Java集合框架中的List的实现类，用于存储有序的元素集合，但它们在底层数据结构、线程安全性以及性能特点上存在一些差异。

在实际开发中我们要根据业务的需求来合理的选择不同的数据结构。

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