JAVA 集合框架(二) List集合详解和常用方法

List 是 java.util 包下的一个接口，它是 Java 集合框架中 Collection 接口的一个子接口，用于表示有序、可重复元素的集合。

以下是 List 集合的主要特点：

有序性：List 集合中的元素是有序的，这意味着元素的插入顺序决定了它们在集合中的位置。可以通过索引（index）访问集合中的元素，索引从零开始。
可重复性：List 集合允许存储重复的元素，即同一个对象可以多次添加到 List 中。
索引访问：List 提供了类似于数组的索引访问方法，如 get(index) 用于获取指定索引处的元素，set(index, element) 用于替换指定索引处的元素，add(index, element) 用于在指定索引处插入元素。
方法丰富：List 接口中定义了许多方法，如添加、删除、查找、替换、插入、迭代等操作。
主要实现类：Java 中有两个主要的 List 实现类，分别是 ArrayList 和 LinkedList。
- ArrayList：基于动态数组实现，支持高效的随机访问（通过索引），但在插入和删除元素时（尤其是当插入或删除操作发生在列表中间时），可能会导致大量的元素移动，性能较低。
- LinkedList：基于双向链表实现，插入和删除操作（尤其是在列表中间）的效率较高，但随机访问（通过索引）性能较差，因为它需要从头节点或者尾节点开始沿着链表遍历。
线程安全性：Java 标准库提供的 List 实现类如 ArrayList 和 LinkedList 默认是非线程安全的。如果需要线程安全的 List，可以使用 Collections.synchronizedList(List<T> list) 方法对原 List 进行包装，或者使用 CopyOnWriteArrayList 类。

List集合的特有方法

List集合接口(java.util.List)除了继承自java.util.Collection接口的所有方法之外，还提供了一些特有的方法，用于处理有序且可重复元素的列表。

以下是List集合特有的一些方法及其详细讲解和代码示例：

添加元素至指定位置:

void add(int index, E element)：在此集合的指定位置插入一个元素。它会将指定位置之后的所有元素向后移动一位。

// 创建一个 List 集合
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Apple");
list.add("Banana");
list.add(1,"Mango"); // 在索引1的位置插入"Mango"
System.out.println(list); // 输出: [Apple, Mango, Banana]

获取指定索引的元素

E get(int index)：根据索引获取列表中的元素。

// 创建一个 List 集合
List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("Apple", "Banana", "Mango", "Orange", "Pear"));
// 根据索引获取集合元素
System.out.println("索引为3的元素: "+list.get(3)); // 输出: 索引为3的元素: Orange

设置指定索引的元素

E set(int index, E element)：替换列表中指定索引位置的元素。

// 创建一个 List 集合
List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("Apple", "Banana", "Mango", "Orange", "Pear"));
// 设置索引1的元素为"Peach"
list.set(1,"Peach");
System.out.println(list); // 输出: [Apple, Peach, Mango, Orange, Pear]

移除指定索引的元素

E remove(int index)：移除并返回列表中指定索引位置的元素。

// 创建一个 List 集合
List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("Apple", "Banana", "Mango", "Orange", "Pear"));
// 移除指定索引的元素
String remove = list.remove(1);
System.out.println(remove); // 输出: Banana
System.out.println(list); // 输出: [Apple, Mango, Orange, Pear]

获取元素在集合中的索引

int indexOf(Object o)：获取指定元素在列表中首次出现的索引，如果列表中不包含该元素则返回 -1。

// 创建一个 List 集合
List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("Apple", "Banana", "Mango", "Orange", "Pear"));
// 获取"Mango"在集合中的索引
int cherryIndex = list.indexOf("Mango");// 若列表不含"Mango"，则输出-1
System.out.println(cherryIndex); // 输出：2

获取元素最后的索引

int lastIndexOf(Object o)：获取指定元素在列表中最后一次出现的索引，如果列表中不包含该元素则返回 -1。

// 创建一个 List 集合
List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("Apple", "Banana", "Mango", "Orange", "Pear","Banana"));
// 获取"Banana"在集合中最后一次出现的索引
int cherryIndex = list.lastIndexOf("Banana");// 若集合中不含"Banana"，则输出-1
System.out.println(cherryIndex); // 输出：5

获取原集合部分元素

List<E> subList(int fromIndex, int toIndex)：获取原列表的部分视图，而不是创建一个新的列表副本。这个方法返回一个新的 List 对象，它包含了原列表从 fromIndex（包含）到 toIndex（不包含）位置的元素。这里的索引遵循 Java 数组索引规则，即从 0 开始计数。
- fromIndex：起始索引，从0开始，包含此索引位置的元素。
- toIndex：结束索引，不包含此索引位置的元素。
- 返回值： 返回一个包含原列表指定范围元素的新 List 视图。需要注意的是，这个返回的列表是原列表的一个动态视图，也就是说，当你修改原列表或子列表时，两者的内容都会相应地改变。

// 创建一个 List 集合
List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("Apple", "Banana", "Mango", "Orange", "Pear","Banana"));

// 获取 list 集合从索引1到索引3的子列表
List<String> subList = list.subList(1, 4);
// 输出原列表
System.out.println("list: " + list);// list: [Apple, Banana, Mango, Orange, Pear, Banana]
// 输出子列表
System.out.println("subList: " + subList);// subList: [Banana, Mango, Orange]

List集合的实现类

List 集合的实现类主要包括以下几个：

ArrayList集合
- 底层是数组结构实现，查询快、增删慢
LinkedList集合
- 底层是链表结构实现，查询慢、增删快
Vector
- java.util.Vector 是早期JDK版本中提供的线程安全的动态数组实现，其功能与ArrayList相似，但由于线程安全的开销，其性能略低于ArrayList。从Java 1.2版本开始，推荐使用Collections类的synchronizedList方法来创建线程安全的ArrayList替代Vector。
Stack
- java.util.Stack 类实际上是继承自 Vector，它提供栈（后进先出，LIFO）的特性，但现代Java编程实践中，通常建议使用 Deque 接口的实现类，如 ArrayDeque 来代替 Stack。

ArrayList集合

java.util.ArrayList 是 Java 集合框架中 List 接口的一个重要实现类，它基于动态数组实现，允许高效地随机访问元素，并且可以自动调整数组大小以适应元素数量的变化。
然而，当进行插入和删除操作（特别是对于非尾部元素）时，可能需要移动大量元素，所以插入和删除操作的时间复杂度一般是 O(n)。
ArrayList 作为 List 的实现，并没有很多真正意义上的“特有方法”，因为 List 接口规定了大部分操作集合所需的方法。

示例代码：

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Apple");
list.add(0, "Banana"); // 在索引0处插入元素
String firstElement = list.get(0); // 获取第一个元素

LinkedList集合

java.util.LinkedList 是 Java 集合框架中 List 接口的一个实现类，它采用链表数据结构进行存储，允许元素的高效插入和删除操作。
LinkedList 继承了 AbstractSequentialList 类，并实现了 Deque, List, Queue, Cloneable, Serializable 接口，因此它具备了很多额外的特有方法，这些方法主要与链表结构的特性相符，包括在链表首尾插入和删除元素，以及找到前驱和后继节点等。

示例代码：

List<String> list = new LinkedList<>();

`LinkedList` 特有的方法

在链表头部操作：

void addFirst(E e)：在链表的开头添加元素。

// 创建一个 LinkedList 集合
LinkedList<String> linkedList = new LinkedList<>();
// 在链表开头添加元素
linkedList.addFirst("Apple");
linkedList.addFirst("Banana");
System.out.println(linkedList);// 输出: [Banana, Apple]

void addLast(E e)：在链表的末尾添加元素，这个方法虽然不是 LinkedList 独有的，但对于链表实现来说很有意义。

// 创建一个 LinkedList 集合
LinkedList<String> list = new LinkedList<>();
// 在末尾添加元素
list.addLast("Apple");
list.addLast("Banana");
System.out.println(list); // 输出： [Apple, Banana]

E getFirst()：返回链表的第一个元素，但不删除。

// 创建一个 LinkedList 集合
LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("Apple", "Banana", "Mango", "Orange", "Pear","Banana"));
// 获取第一个元素
String first = list.getFirst();
System.out.println(first);// 输出: Apple

E getLast()：返回链表的最后一个元素，但不删除。

// 创建一个 LinkedList 集合
LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("Apple", "Banana", "Mango", "Orange", "Pear","Banana"));
// 获取最后一个元素
String last = list.getLast();
System.out.println(last);// 输出: Banana

E removeFirst()：删除并返回链表的第一个元素。

// 创建一个 LinkedList 集合
LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("Apple", "Banana", "Mango", "Orange", "Pear","Banana"));
// 删除并返回第一个元素
String removeFirst = list.removeFirst();
System.out.println(removeFirst); // 输出: Apple
System.out.println(list); // 输出: [Banana, Mango, Orange, Pear, Banana]

E removeLast()：删除并返回链表的最后一个元素。

// 创建一个 LinkedList 集合
LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("Apple", "Banana", "Mango", "Orange", "Pear","Banana"));
// 删除并返回最后一个元素
String removeLast = list.removeLast();
System.out.println(removeLast);// 输出: Banana
System.out.println(list); // 输出: [Apple, Banana, Mango, Orange, Pear]