Java集合系列之List接口

List是一个有序的队列，每一个元素都有它的索引。第一个元素的索引值是0。List的实现类有LinkedList, ArrayList, Vector, Stack。

List抽象数据类型:

ADT
List

Data
线性表的元素集合为{a1,a2,a3,a4....an},数据类型都是DataType.线性表的元素可以重复，并且可以插入null。

Operations（仅定义逻辑方法，与JDK方法不保持一致）
InitList(); 初始化操作，创建一个空线性表。
ListEmpty(); 判断线性表是否为空，返回布尔值。
AddElement(DataType d,I i); 在线性表的位置i插入元素d。
GetElement(I i); 获取线性表在位置i的元素。
LocateElement(DataType d); 获取元素d在线性表的位置。
RemoveElement(DataType d);/RemoveElement(I i); 移除元素d(在位置i的元素)。
ClearList(); 清空线性表。
ListLength(); 线性表的大小。

List接口继承于Collection接口，它可以定义一个允许重复的有序集合。因为List中的元素是有序的，所以我们可以通过使用索引（元素在List中的位置，类似于数组下标）来访问List中的元素，这类似于Java的数组。

Collection接口

List接口
方法剖析

  • add (E e) 向列表内添加指定元素
  • add(int index.E e) 向集合指定位置添加元素
  • addAll(Collection<？ extends E> c) addAll(int index, Collection<？ extends E> c) 向集合内(指定位置 index)添加另一集合的全部元素
  • get(int index)获取指定位置的元素
  • clear() 清空集合，可用于多次使用单个集合对象，节省资源
  • contains(Object o) 判断是否还有某个对象
  • containsAll(Collection<？> c) 判断是否含有集合c的所有元素
  • parallelStream() java8新特性，使用fork/join框架自动并行处理
  • remove(Object o) 移除集合中的一个元素
  • removeAll(Collection<？> c) 移除集合含有的集合c中的所有元素
  • removeIf(Predicate<？ super E> filter) 底层迭代调用Predicate的test方法。Predicate函数式接口主要用提供test()方法，该方法返回一个布尔变量
  • spliterator() 并行迭代器
  • stream() 返回集合的流资源，用于函数式运算
  • toArray() 转换成数组
  • toArray(T[] a) 将集合转换成对应对象类型的数组
  • sort(Comparator<？ super E> c) 使用函数式编程对列表进行排序,排序通过
    Arrays.sort()实现
  • subList(int fromIndex, int toIndex) 获取子列表
  • retainAll(Collection<？> c) 移除除c元素的所有其他元素
  • replaceAll(UnaryOperator operator) 对每个元素执行制定操作，并用结果代替对应元素

List接口为Collection子接口。List所代表的是有序的Collection，即它用某种特定的插入顺序来维护元素顺序。用户可以对列表中每个元素的插入位置进行精确地控制，同时可以根据元素的整数索引（在列表中的位置）访问元素，并搜索列表中的元素。实现List接口的集合主要有：ArrayList、LinkedList、Vector、Stack

ArrayList类

ArrayList是一个动态数组，也是我们最常用的集合。它允许任何符合规则的元素插入甚至包括null。每一个ArrayList都有一个初始容量（10），该容量代表了数组的大小。随着容器中的元素不断增加，容器的大小也会随着增加。在每次向容器中增加元素的同时都会进行容量检查，当快溢出时，就会进行扩容操作(自动扩容机制）。所以如果我们明确所插入元素的多少，最好指定一个初始容量值，避免过多的进行扩容操作而浪费时间、效率。

size、isEmpty、get、set、iterator 和 listIterator 操作的算法复杂度。add 操作以分摊的固定时间运行，也就是说，添加 n 个元素需要 O(n) 时间（由于要考虑到扩容，所以这不只是添加元素会带来分摊固定时间开销那样简单）。

ArrayList擅长于随机访问。同时ArrayList是非同步的。
如果多线程访问ArrayList，可以创建一个线程安全的ArrayList:
List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList(...));

ArrayList抽象数据类型：

ADT  ArrayList

Data 数据集合为{a1,a2,a3....,an},元素的存储顺寻和放进去的顺序保持一致，底层数据放在一个Object[]数组中,
     具有一个容量CAPACITY，当添加元素时，会先检查容量，如果容量不足，执行自动扩容操作。

Operatons（仅定义逻辑方法，与JDK方法不保持一致）
InitList(); 初始化操作，创建一个空线性表。
InitList(n); 初始化操作，创建一个容量为n的数组。
InitList(Collection c);初始化操作，使用Collection的元素创建一个新的数组表，两者的DataType必须一致。
ListEmpty(); 判断线性表是否为空，返回布尔值。
AddElement(DataType d,I i); 在线性表的位置i插入元素d。
GetElement(I i); 获取线性表在位置i的元素。
LocateElement(DataType d); 获取元素d在线性表的位置。
RemoveElement(DataType d);/RemoveElement(I i); 移除元素d(在位置i的元素)。
SetElement(DataType d,I i); 将位置i的元素设置为d;
ClearList(); 清空线性表。
ListLength(); 线性表的大小。

方法剖析
add (E e) 向集合内添加指定元素，ArrayList具有自动扩容机制，当添加元素时，会自动扩展ArrayList内部存储数据的elementData数组大小,
最大存储容量为int的存储范围(<= 2147483647),并将新元素放于数组的尾部(有序存储)
add(int index, E element) 底层实现使用了System.arraycopy,添加新元素到数组列表，默认添加到数组的最后
addAll(Collection<？ extends E> c) addAll(int index, Collection<？extends E> c) 向集合内添加另一集合的全部元素，同样使用自动扩容机制.由于底层实现使用了System.arraycopy,基于浅复制（复制的是对象的引用，改变任何一个对象都会影响另一个），所以是线程不安全的.
get(int index)获取指定位置的元素
clear() 循环设置底层存储数组elementData[]为null，最后设置ArryList数组size为0.会设置++modCount，用于保证迭代器线程安全.
contains(Object o) 判断是否含有某个对象，底层实现为调用indexOf(Object var1),如果对应的索引值大于等于0，则含有该对象
containsAll(Collection<？> c) 判断是否含有集合c的所有元素，底层实现为循环调用contains(Object o).由ArrayList的父类AbstractList的父类AbstractCollection实现，ArrayList直接调用父类方法.
parallelStream() 使用Fork/Join框架并行执行任务,涉及到线程池和工作窃取算法
remove(int index) 底层使用System.arraycopy，将index之后的子数组全部前移一位
remove(Object o) 遍历底层数组，找到对应的元素后调用remove(int index)移除元素
removeAll(Collection<？> c)移除集合含有的集合c中的所有元素，底层实现为使用contains(Object o)遍历，移除两个集合的交集。算法复杂度为O(m*n),当数据量较大时，会影响性能。优化可参考： Java中ArrayList的removeAll方法详解
removeIf(Predicate<？super E> filter) 底层迭代调用Predicate的test方法。Predicate函数式接口主要用提供test()方法，该方法返回一个布尔变量。Collection接口已经实现，直接调用。
spliterator() 并行迭代器
stream() 返回集合的流资源，用于函数式运算
toArray() 转换成数组
toArray(Collection<？extends E> c) 将集合转换成Object对象类型的数组
subList(int fromIndex, int toIndex) 获取子列表,由父类AbstractSequentialList实现

LinkedList

同样实现List接口的LinkedList与ArrayList不同，ArrayList是一个动态数组，而LinkedList是一个双向链表。所以它除了有ArrayList的基本操作方法外还额外提供了get，remove，insert方法在LinkedList的首部或尾部。

由于实现的方式不同，LinkedList不能随机访问，它所有的操作都是要按照双重链表的需要执行。在列表中索引的操作将从开头或结尾遍历列表（从靠近指定索引的一端）。这样做的好处就是可以通过较低的代价在List中进行插入和删除操作。

与ArrayList一样，LinkedList也是非同步的。如果多个线程同时访问一个List，则必须自己实现访问同步。一种解决方法是在创建List时构造一个同步的List：
List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));

LinkedList抽象数据类型

ADT LinkedList

Data  线性链表的数据对象集合为{a1,a2,...an},每个元素的类型均为DataType。
除了第一个元素外，每一个元素有且仅有一个直接前驱元素，除最后一个元素外，每个元素有且仅有一个直接后继元素。

Operations
initList()初始化操作
listEmpty()判断线性表是否为空
clearList()清空线性表
contains(DataType d)是否包含某个元素
getElement(I i)将第i个位置的值返回给e
locateElement(DataType e)在线性表中查找与e相同的值的位置
insert(DataTypy e)插入元素到线性表，默认插入到列表的最后位置
listInsert(Ii,DataType e) 插入操作,在线性表的第i个位置插入新元素
delete(DataType e) 删除操作
iteratorList()遍历链表

方法剖析
add (E e) 向集合内添加指定元素，默认将新元素添加到链表的末端
add(int index, E element) 将元素插入到链表对应的位置，改变其前驱和后驱元素，将新元素加入
addAll(Collection<？extends E> c) addAll(int index, Collection<？extends E> c) 向集合内添加另一集合的全部元素，同样使用自动扩容机制.由于底层实现使用了System.arraycopy,基于浅复制（复制的是对象的引用，改变任何一个对象都会影响另一个），所以是线程不安全的.
addFirst(E e) 将元素添加到链表的起始位置
addLast(E e) 将元素添加到链表的末尾位置
get(int index)获取指定位置的元素，底层实现为遍历链表，时间复杂度为O(n)，远大于ArrayList的O(1)
linkFirst(E e) 将新元素添加到链表的首端
linkLast(E e) 将新元素添加到链表的末端
linkBefore(E e, Node succ) 将新元素添加到指定节点的前面
peek() 检索并返回链表的首个节点
peekFirst() 检索并返回链表的首个节点
peekLast() 检索并返回链表的尾端节点
poll() 检索返回并移除链表的首个节点
pollFirst() 检索返回并移除链表的首个节点
pollLast() 检索返回并移除链表的尾端节点
pop() 将第一个元素返回（出栈），并将其从列表移除
push(E e) 将一个元素添加到链表首个节点(入栈)
clear() 循环设置节点为null,最后设置first和last节点为null并将链表的size设置为0
contains(Object o) 判断是否含有某个对象，底层实现为调用indexOf(Object var1),如果对应的索引值大于等于0，则含有该对象
containsAll(Collection< ? > c) 判断是否含有集合c的所有元素，底层实现为循环调用contains(Object o).由ArrayList的父类AbstractList的父类AbstractCollection实现，ArrayList直接调用父类方法.
parallelStream() 使用Fork/Join框架并行执行任务,涉及到线程池和工作窃取算法
remove(int index) 底层使用System.arraycopy，将index之后的子数组全部前移一位
remove(Object o) 遍历底层数组，找到对应的元素后调用remove(int index)移除元素
removeAll(Collection< ? > c)移除集合含有的集合c中的所有元素，底层实现为使用contains(Object o)遍历，移除两个集合的交集。算法复杂度为O(m*n),当数据量较大时，会影响性能。优化可参考： Java中ArrayList的removeAll方法详解
removeIf(Predicate< ? super E> filter) 底层迭代调用Predicate的test方法。Predicate函数式接口主要用提供test()方法，该方法返回一个布尔变量。Collection接口已经实现，直接调用。
spliterator() 并行迭代器
stream() 返回集合的流资源，用于函数式运算
toArray() 转换成数组
toArray(Collection< ? extends E> c) 将集合转换成Object对象类型的数组
subList(int fromIndex, int toIndex) 获取子列表
removeLastOccurrence(Object o) 删除对象o最后一次出现位置的节点
removeFirstOccurrence(Object o) 删除对象o第一次出现位置的节点

Vector

与ArrayList相似，但是Vector是同步的。所以说Vector是线程安全的动态数组。它的操作与ArrayList几乎一样。但是Vector由于使用了synchronized标识所有的方法，所以性能上没有ArrayList高。

Stack

抽象元素类型

ADT Stack

Data 栈的数据集合为{a1,a2,a3....an},每个元素的类型均为DataType。
栈具有后进先出的特性last-in-first-out (LIFO),后进的元素先出栈。

Operations
InitStack(); 初始化一个空栈
ClearStack(); 清空栈
StackEmpty(); 判断当前栈是否为空
push(); 将元素压入栈
pop(); 将栈顶元素出栈

Stack继承自Vector，实现一个后进先出的堆栈，底层是一个数组。Stack提供5个额外的方法使得Vector得以被当作堆栈使用。基本的push和pop 方法，还有peek方法得到栈顶的元素，empty方法测试堆栈是否为空，search方法检测一个元素在堆栈中的位置。Stack刚创建后是空栈。

[1]: 搞懂 Java ArrayList 源码
[2]: java集合框架综述

posted on 2018-11-21 17:47  ShoolyShooly  阅读(199)  评论(0)  编辑  收藏  举报

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