Java集合中的List超详细讲解

更新时间：2025年02月26日 14:25:29 作者：小手追梦

本文详细介绍了Java集合框架中的List接口,包括其在集合中的位置、继承体系、常用操作和代码示例,以及不同实现类（如ArrayList、LinkedList和Vector）的底层原理和应用场景,感兴趣的朋友一起看看吧

一，List的继承体系

List接口继承自Collection接口，位于java.util包中。

List是有序集合的抽象表示，Java发展至今，List体系已经非常庞杂。

从上图看出，JDK中，直接或间接继承List接口的有80个类。当然，我们无需一一学习，通过三个常用的实现类的学习掌握原理即可：ArrayList、LinkedList和Vector。

ArrayList：基于动态数组实现，提供了快速的随机访问。
LinkedList：基于双向链表实现，擅长插入和删除操作，尤其是表头和表尾的操作。
Vector：早期版本的线程安全列表，与ArrayList相似，但现在多被ArrayList取代，因同步开销较大。

二，List的常用操作及代码示例

1，创建List实例

import java.util.*;
public class ListDemo {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> arrayList = new ArrayList<>(); // 创建ArrayList实例
        List<String> linkedList = new LinkedList<>(); // 创建LinkedList实例
    }
}

2，增加元素

add(E element)：在列表末尾添加元素。
add(int index, E element)：在指定位置插入元素。

arrayList.add("Apple");
linkedList.add(0, "Banana"); // 在首位插入

3，访问元素

通过索引访问：get(int index)
遍历：使用for-each循环或迭代器Iterator。

System.out.println(arrayList.get(0));
for (String fruit : arrayList) {
    System.out.println(fruit);
}

4，修改元素

使用set(int index, E element)方法替换指定位置的元素。

arrayList.set(0, "Orange");

5，删除元素

remove(int index)：根据索引删除。
remove(Object o)：根据元素删除第一个匹配项。

arrayList.remove(0);
arrayList.remove("Orange");

6，判断与查找

contains(Object o)：判断是否包含某元素。
indexOf(Object o)：返回元素第一次出现的索引，未找到返回-1。
lastIndexOf(Object o)：List集合中的元素可重复，返回元素最后一次出现的索引，未找到返回-1。

boolean hasApple = arrayList.contains("Apple");
int index = arrayList.indexOf("Apple");
int index = arrayList.lastIndexOf("Apple");

7，大小与清空

size()：返回列表大小。
clear()：清空列表。

int size = arrayList.size();
arrayList.clear();

8，List集合的遍历

Java List 接口提供了多种方式来遍历其中的元素，以下是三种常见的遍历方式，每种方式都有相应的代码示例。

① 使用 for-each 循环

这是最简洁也是最常用的遍历方式，适用于Java 5及以后的版本。通过for-each循环，可以直接遍历List中的每个元素，而无需手动管理索引。

代码示例：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class ListTraversal {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> fruits = new ArrayList<>();
        fruits.add("Apple");
        fruits.add("Banana");
        fruits.add("Cherry");
        // 使用for-each循环遍历
        for (String fruit : fruits) {
            System.out.println(fruit);
        }
    }
}

并发修改异常ConcurrentModificationException

**注意，**使用for循环时，有可能会出现并发修改异常ConcurrentModificationException，如下面的例子，假设你有一个任务是遍历一个List，检查其中的元素，如果满足某个条件，就从List中删除该元素。

List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("A", "B", "C", "D"));
for (String item : list) {
    if ("B".equals(item)) {
        list.remove(item); // 这里会抛出ConcurrentModificationException
    }
}

Java集合框架中的许多类，如ArrayList和LinkedList，为了检测到并发修改，使用了所谓的“快速失败”机制：

①当迭代器创建之后，集合会维护一个名为modCount的字段来记录集合的修改次数
②每当集合通过迭代器之外的方式（如直接调用add或remove方法）发生修改时，modCount就会递增
③迭代器在每次调用next或hasNext等方法时，都会检查这个计数器是否发生变化，如果发现modCount不等于它内部记录的初始修改次数，就会抛出ConcurrentModificationException

据此分析，上面的代码示例之所以会报错，是因为：

①使用for循环时会创建迭代器，迭代器会缓存当前modCount的值
②在循环中使用了remove，modCount的值发生了变化
③下一循环时，迭代器会检查缓存的modCount值与真实的modCount值是否一致，不一致就会抛出错误

并发修改异常的解决办法

①使用迭代器的remove方法

正确的做法是在迭代过程中使用迭代器的remove方法来删除元素，因为迭代器的remove方法会在删除元素后同时更新内部的修改计数，以保持一致性。

Iterator<String> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    String item = iterator.next();
    if ("B".equals(item)) {
        iterator.remove(); // 正确的删除方式
    }
}

② 使用CopyOnWriteArrayList

对于多线程环境下的并发修改问题，可以考虑使用CopyOnWriteArrayList。这是一种线程安全的List实现，它通过在每次修改时创建集合的副本来避免并发修改异常，适合读多写少的场景。

List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>(Arrays.asList("A", "B", "C", "D"));
list.removeIf("B"::equals); // 线程安全的删除操作

② 使用迭代器 Iterator

迭代器是一种更通用的遍历集合的方法，适用于所有实现了Iterable接口的集合，包括List。通过调用List的iterator()方法获取Iterator对象，然后使用hasNext()和next()方法进行遍历。

代码示例：

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;
public class ListTraversal {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> fruits = new ArrayList<>();
        fruits.add("Apple");
        fruits.add("Banana");
        fruits.add("Cherry");
        // 使用迭代器遍历
        Iterator<String> iterator = fruits.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            String fruit = iterator.next();
            System.out.println(fruit);
        }
    }
}

③ 使用Java 8的Stream API

从Java 8开始，可以使用Stream API来遍历和处理集合中的元素，这种方式更加灵活，支持函数式编程风格。

代码示例：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class ListTraversal {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> fruits = new ArrayList<>();
        fruits.add("Apple");
        fruits.add("Banana");
        fruits.add("Cherry");
        // 使用Stream API遍历
        fruits.stream().forEach(System.out::println);
    }
}

④ 总结

for-each循环：简洁易读，最适合日常使用。
Iterator：提供了更多的控制权，比如在遍历时移除元素，但在大多数情况下不如for-each方便。
Stream API：功能强大，支持复杂的集合处理和并行处理，适合进行复杂的聚合操作和过滤操作。

9，List集合的排序

在Java中，对List集合中的元素进行排序可以通过多种方式实现，主要依赖于java.util.Collections类和List接口本身提供的排序方法。下面我将介绍几种常见的排序方法，并提供相应的代码示例。

① 使用Collections.sort()方法

这是最直接的方式，适用于实现了Comparable接口的元素列表，进行自然排序。

代码示例（自然排序）：

import java.util.*;
class Person implements Comparable<Person> {
    String name;
    int age;
    Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    @Override
    public int compareTo(Person other) {
        return Integer.compare(this.age, other.age); // 按年龄排序
    }
    @Override
    public String toString() {
        return name + " " + age;
    }
}
public class SortListExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<Person> people = new ArrayList<>();
        people.add(new Person("Tom", 25));
        people.add(new Person("Jerry", 20));
        people.add(new Person("Bob", 30));
        Collections.sort(people);
        for (Person person : people) {
            System.out.println(person);
        }
    }
}

②使用Collections.sort()方法和自定义Comparator

如果列表中的元素没有实现Comparable接口，或者你想根据不同的规则进行排序，可以提供一个Comparator。

代码示例（自定义比较器排序）：

import java.util.*;
public class SortListExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> names = Arrays.asList("Alice", "Bob", "Charlie");
        Collections.sort(names, new Comparator<String>() {
            @Override
            public int compare(String s1, String s2) {
                return s2.compareTo(s1); // 倒序排序
            }
        });
        names.forEach(System.out::println); // 输出：Charlie, Bob, Alice
    }
}

③使用List自带的sort()方法

从Java 8开始，List接口直接提供了sort()方法，它同样接受Comparator来控制排序逻辑。

代码示例：

import java.util.*;
public class SortListExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 1, 4, 1, 5, 9);
        numbers.sort(Integer::compareTo); // 自然排序
        System.out.println(numbers); // 输出：[1, 1, 3, 4, 5, 9]
        numbers.sort(Collections.reverseOrder()); // 倒序排序
        System.out.println(numbers); // 输出：[9, 5, 4, 3, 1, 1]
    }
}

④小结

使用Collections.sort()适用于不支持Lambda表达式的较早Java版本。
从Java 8开始，直接使用List的sort()方法配合Lambda表达式或方法引用来实现排序更为简洁。
通过自定义Comparator，可以灵活地控制排序逻辑，适应不同的排序需求。

三，不同List实现的底层原理及区别

ArrayList

底层原理：基于可变大小的数组实现，数组扩容时会创建新数组并复制旧数据。
适用场景：当需要频繁查询元素，且元素数量变化不大时效率高。

LinkedList

底层原理：每个元素都是一个节点，包含前驱和后继节点的引用，形成双向链表。
适用场景：适合于频繁的插入和删除操作，尤其是在列表的开始或结尾。

Vector

底层原理：与ArrayList相似，但Vector是线程安全的，通过在关键方法上加锁实现。
区别与注意事项：由于同步操作，Vector在多线程环境下更安全，但并发访问时性能较低。现代开发中，推荐使用Collections.synchronizedList(List<T> list)或CopyOnWriteArrayList作为替代。

通过上述内容，我们不仅了解了List接口的继承体系、常用操作，还深入探讨了ArrayList、LinkedList和Vector这三种常见实现的底层原理及其应用场景。掌握这些知识，将有助于在实际开发中更加高效、灵活地使用List集合。

到此这篇关于Java集合中的List超详细讲解的文章就介绍到这了,更多相关java集合list内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！

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