Java提高篇(三二)-----List總結

前面LZ已經充分介紹了有關於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，並搜索列表中的元素。 下圖是List接口的框架圖：

通過上面的框架圖，可以對List的結構了然於心，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。對於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。對於我們而言要實現一個不可修改的 collection，只需擴展此類，並提供 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。

Iterator：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，並獲得迭代器在列表中的當前位置。

List：繼承於Collection的接口。它代表着有序的隊列。

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 實現對於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，並允許包括 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“棧”、“隊列”、“鏈表”等操作，請優先考慮用List。至於是那個List則分如下：

1、對於需要快速插入、刪除元素，則需使用LinkedList。

2、對於需要快速訪問元素，則需使用ArrayList。

3、對於“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。

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;花費 &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;刪除&quot; + COUNT + &quot;元素&quot; + getName(list) + &quot;花費 &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;讀取&quot; + COUNT + &quot;元素&quot; + getName(list) + &quot;花費 &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);
}

}

運行結果:

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

public 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：

public 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，這就意味着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 

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));
 }

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，至於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：

Node<E> node(int index) {
        if (index < (size >> 1)) {    //如果index 小於 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 大於 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動作快就在於兩個方面。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：

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！至於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！至於在什么情況？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？？

2.2、Vector和ArrayList的區別

四、更多

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

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