十分钟掌握Java集合之List接口

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前言

Java是一款面向对象的编程语言，也被称为“平台无关性”的语言。Java中的集合类是一种非常重要的数据结构，其中List接口类是最常用的一种。本篇文章将深入探讨Java中的List接口类，以帮助开发人员更好的理解和应用于实际开发中。

摘要

本文将介绍Java中的List接口类，包括其定义、特点、应用场景、优缺点分析等内容。同时，还会通过源代码解析和测试用例，帮助读者更深入地了解List接口类的实现和使用方法。

List接口类

简介

List是Java中的一个接口类，它扩展了Collection接口，并且可以按照索引位置存储和访问元素。List中的元素是按照插入顺序保存的，并且允许有重复元素存在。与数组不同的是，List的容量可以动态增长。

List接口提供了一系列方法来对列表中的元素进行操作，包括添加、删除、获取、修改等。常用的List实现类有ArrayList和LinkedList，它们在实现方式和性能方面具有不同的特点。

源代码解析

List接口类定义

public interface List<E> extends Collection<E> {
    int size();
    boolean isEmpty();
    boolean contains(Object o);
    Iterator<E> iterator();
    Object[] toArray();
    <T> T[] toArray(T[] a);
    boolean add(E e);
    boolean remove(Object o);
    boolean containsAll(Collection<?> c);
    boolean addAll(Collection<? extends E> c);
    boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c);
    boolean removeAll(Collection<?> c);
    boolean retainAll(Collection<?> c);
    void clear();
    boolean equals(Object o);
    int hashCode();
    E get(int index);
    E set(int index, E element);
    void add(int index, E element);
    E remove(int index);
    int indexOf(Object o);
    int lastIndexOf(Object o);
    ListIterator<E> listIterator();
    ListIterator<E> listIterator(int index);
    List<E> subList(int fromIndex, int toIndex);
}

上述代码为List接口类的定义，其中定义了大量的方法用于对列表中的元素进行操作。List接口类继承自Collection接口，并且扩展了一些额外的方法，如get()、set()、add()等。

源码部分截图如下：

在这里插入图片描述

ArrayList实现类

ArrayList是List接口的一个实现类，它是基于数组实现的。在创建ArrayList对象时，需要指定初始容量，如果不指定，则默认为10。当向ArrayList中添加元素时，如果当前容量不够，则会自动进行扩容。

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
    // Default initial capacity.
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
    // Shared empty array instance used for empty instances.
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    // The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored.
    transient Object[] elementData;
    // The size of the ArrayList (the number of elements it contains).
    private int size;
    // ...
}

上述代码为ArrayList的部分实现，可以看到，ArrayList内部是通过一个Object数组来存储元素的，其中elementData表示存储元素的数组，size表示当前列表中元素的数量。

源码部分截图如下：

在这里插入图片描述

LinkedList实现类

LinkedList是List接口的另一个实现类，它是基于链表实现的。LinkedList内部维护了head和tail两个指针，分别指向链表头和尾。

public class LinkedList<E>
    extends AbstractSequentialList<E>
    implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable {
    transient int size = 0;
    transient Node<E> first;
    transient Node<E> last;
    // ...
    private static class Node<E> {
        E item;
        Node<E> next;
        Node<E> prev;
        Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
    }
}

上述代码为LinkedList的部分实现，可以看到，LinkedList内部是通过一个Node类来表示链表节点，其中prev表示前一个节点，next表示后一个节点。

源码部分截图如下：

在这里插入图片描述

应用场景案例

List接口类在实际开发中有广泛的应用场景，下面列举几个常见的应用案例：

数据存储

List接口类是一个常见的数据结构，可以用于存储各种类型的数据，如整数、字符串、对象等。在实际开发中，我们经常需要将一些数据进行分组、排序或者过滤，这时List就成为了一个非常方便的数据结构。

集合运算

List接口类支持一系列的集合运算，如交集、并集、差集等。这些运算可以帮助程序员快速地处理一些复杂的逻辑，如合并两个列表、查找两个列表中共有的元素等。

缓存实现

List接口类可以作为缓存的数据结构，用于存储一些常用的数据。在程序中访问这些数据时，可以先从List中查找，如果没有命中，则再从数据库或者其他缓存中取出数据。这样可以提高程序的访问速度和效率。

优缺点分析

List接口类作为一个常见的数据结构，具有以下优点和缺点：

优点

支持按照索引位置存储和访问元素。
允许有重复元素存在。
内部实现可以选择数组或者链表，具有灵活性。
支持一系列的集合运算，方便程序员进行数据处理和操作。

缺点

添加和删除元素时，可能需要执行多次内存分配和拷贝操作，性能较差。
基于数组实现的List，在进行扩容时需要重新分配内存和拷贝数组，比较耗时。

类代码方法介绍

List接口类提供了一系列的方法用于对列表中的元素进行操作，下面列举一些常用的方法：

add(E e)

boolean add(E e);

该方法用于向列表末尾添加一个元素。

remove(Object o)

boolean remove(Object o);

该方法用于从列表中删除一个元素。

get(int index)

E get(int index);

该方法用于获取列表中指定索引位置的元素。

set(int index, E element)

E set(int index, E element);

该方法用于替换列表中指定索引位置的元素。

size()

int size();

该方法用于返回列表中元素的数量。

测试用例

下面给出一个简单的测试用例，以测试List接口类的基本功能：

测试代码

代码如下：

package com.example.javase.collection;

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

/**
 * @Author ms
 * @Date 2023-10-24 18:47
 */
public class ListTest {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<String>();
        list.add("A");
        list.add("B");
        list.add("C");
        System.out.println(list);
        list.remove("B");
        System.out.println(list);
        System.out.println(list.get(1));
        list.set(0, "D");
        System.out.println(list);
        System.out.println(list.size());
    }
}

上述测试用例使用了ArrayList实现类，演示了一些基本操作，如添加元素、删除元素、获取元素、替换元素和获取列表长度等。

测试结果

根据如上测试用例，如下测试用例结果请参考：

在这里插入图片描述

测试代码分析

在如上测试用例中，首先创建了一个ArrayList对象list，并向其中添加了三个元素"A"、“B”、“C”。接着，通过list.remove("B")方法，从列表中删除了元素"B"。

然后，通过list.get(1)方法，获取了列表中索引为1的元素，即"C"。接着，通过list.set(0, "D")方法，将列表中索引为0的元素"A"替换为"D"。

最后，通过list.size()方法，获取了列表的长度，即2。

全文小结

本文介绍了Java中的List接口类，包括其定义、特点、应用场景、优缺点分析等内容。同时，还通过源代码解析和测试用例，帮助读者更深入地了解List接口类的实现和使用方法。

总结

本文介绍了Java中的List接口类，包括其定义、特点、应用场景、优缺点分析等内容。同时，通过源代码解析和测试用例，帮助读者更深入地了解List接口类的实现和使用方法。List作为一种常见的数据结构，在实际开发中应用广泛，可以用于数据存储、集合运算、缓存实现等场景。尽管List具有许多优点，如支持按照索引存储和访问元素、允许有重复元素存在等，但也存在一些缺点，如添加和删除元素时性能较差、基于数组实现的List在进行扩容时需要重新分配内存和拷贝数组等。此外，本文还列举了一些List接口类的常用方法，如add、remove、get、set等，以及针对ArrayList实现类的测试用例，帮助读者更好地掌握List接口类的使用方法。

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