I学霸官方免费教程三十一：Java集合框架之List集合

集合框架

在数组的使用过程中可以看到，想要向数组中插入元素和删除元素非常麻烦，而且数组的长度是无法改变的。java为我们提供了批量存储数据更加方便的容器，就是集合。
集合和数组的作用一样，都是为了使用一个变量来存储一批数据的；但集合使用起来更加方便，而且集合的长度是可以变化的。

List接口

List集合可以存储有序的，可重复的数据；
常用的子类是ArrayList和LinkedList两个类

ArrayList类

这是一个底层由数组实现的集合类，是对数组进行了封装。

实例：
package collection.list.arrayList;
import java.util.ArrayList;
/**
 * ArrayListDemo类
 * 演示ArrayList类中常用方法的使用
 * @author 学霸联盟 - 赵灿
 */
public class ArrayListDemo {
	public static void main(String[] args) {
		//当创建ArrayList对象时，底层会创建一个空的Object类型的数组
		ArrayList arrayList = new ArrayList();
		//循环存入数据
		for (int element = 1; element <= 11; element++) {
			/*
			 * 通过arrayList的add方法向集合中添加数据
			 * 任何类型的数据都会被转换成Object类型加入集合
			 * 当加入集合的数据为基本数据类型的数据时
			 * 会先将基本数据类型的数据转换成对应的包装类类型
			 * 例如：int类型的数据会先转换成Integer类型
			 * 然后再将Integer类型转换成Object类型
			 * 从基本数据类型转换成包装类类型的过程叫做自动装箱
			 * 这个转换过程由系统自动处理完成
			 * 
			 * 添加第一个数据时，底层会重新创建长度为10的Object类型的数组
			 * 这里的10一般认为是ArrayList集合的初始长度
			 * 并把第一个数据存储到底层Object类型数组下标为0的位置上； 
			 * 当底层数组存满后，再向集合中添加元素时， 
			 * 底层会创建一个长度为原数组长度1.5倍的新数组
			 * 这里的1.5叫做集合的增长因子
			 * 并将原数组中的所有元素复制到新数组中
			 * 然后在新数组下标为原数组长度的位置上新增当前元素
			 * 
			 * 例如：本例中第一次增长在存入第11个元素时，即element==11时
			 * 此时原数组的长度为10（最大下标为9）
			 * 底层会新建长度为15（10的1.5倍）的Object类型的数组
			 * 然后将原数组中所有数据复制到新数组中
			 * 然后在新数组下标为10的位置上存入元素11 
			 * 注意：这里的element不是集合的下标，而是存入集合的元素（数据）
			 * 理论最大存储元素个数为int类型的最大值2147483647 [0x7fffffff]
			 */
			arrayList.add(element);
		}
		/*
		 * 循环取出数据
		 * 这里的index代表集合的下标
		 * 集合的长度使用size方法获取，而不是length属性，也不是length方法
		 * 获取数组长度使用的length属性
		 * 获取String长度使用的是length方法
		 */
		for (int index = 0; index < arrayList.size(); index++) {
			// 使用get方法获取集合中的数据，获取出来的数据类型为Object
			Object element = arrayList.get(index);
			// 强制类型转换
			Integer data = (Integer)element;
			/*
			 * Integer是引用类型
			 * 那么问题来了，基本数据类型的变量e为什么可以赋引用类型的值呢？
			 * 因为Integer是int的包装类
			 * 从包装类型转换成基本数据类型的过程，叫做自动拆箱
			 * 这个转换过程也由系统自动处理完成
			 */
			int e = data;
			//每次循环均输出变量e的值和两个空格
			System.out.print(e + "  ");
		}
	}
}
运行结果：1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11 

小结：

1、集合的初始长度为10，增长因子为1.5
2、理论最大存储长度为int类型的最大值2147483647 [0x7fffffff]
3、存入基本数据类型数据时存在自动装箱
4、未使用泛型时，取出数据的数据类型是Object
5、获取集合长度使用size方法
6、通过结果可以看到，取出的顺序和存入的顺序是一致的，所以它是有序的集合
7、底层由数组实现，其内存空间是连续的，所以查询元素速度较快
8、插入和删除速度较慢，因为要将插入位置之后的元素依次后移，删除位置之后的元素依次前移

实例：演示ArrayList类中的常用方法的使用
package collection.list.arrayList;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
/**
 * ArrayListDemo类
 * 演示ArrayList类中常用方法的使用
 * @author 学霸联盟 - 赵灿
 */
public class ArrayListDemo2 {
	public static void main(String[] args) {
		//创建ArrayList对象
		ArrayList arrayList1 = new ArrayList();
		ArrayList arrayList2 = new ArrayList();
		//循环存入数据
		for (int element = 1; element <= 3; element++) {
			//循环结束后两个集合中都有1,2,3三个元素
			arrayList1.add(element);
			arrayList2.add(element);
		}
		//遍历集合；运行结果：1  2  3
		ergodicArrayList(arrayList1);
		/*
		 * 插入数据，向集合下标为1的位置，插入数据10
		 * 插入的下标值必须小于等于集合长度
		 * 即：插入下标<=集合.size();
		 * 如果插入下标大于集合长度的位置，会出现IndexOutOfBoundsException
		 */
		arrayList1.add(1,10);
		//遍历插入数据后的集合；运行结果：1  10  2  3
		ergodicArrayList(arrayList1);
		
		//依次向集合arrayList1中加入arrayList2集合中的每个元素
		arrayList1.addAll(arrayList2);
		//遍历插入数据后的集合；运行结果：1  10  2  3  1  2  3
		ergodicArrayList(arrayList1);

		//contains方法，判断集合中是否包含某个元素
		boolean isContains = arrayList1.contains(10);
		//输出结果：集合arrayList1是否包含10：true
		System.out.println("集合arrayList1是否包含10：" + isContains);
		//输出结果：集合arrayList1是否包含11：false
		System.out.println("集合arrayList1是否包含11：" + arrayList1.contains(11));

		//indexOf方法，获取某个元素在集合中左边开始第一次出现时的下标
		//输出结果：集合arrayList1中第一次出现2的下标为：2
		System.out.println("集合arrayList1中第一次出现2的下标为：" + arrayList1.indexOf(2));
		//lastIndexOf方法，获取某个元素在集合中最后一次（右边第一次）出现时的下标
		//输出结果：集合arrayList1中最后一次出现2的下标为：5
		System.out.println("集合arrayList1中最后一次出现2的下标为：" + arrayList1.lastIndexOf(2));

		//remove方法，删除对应下标的元素
		//如果传入的实参类型是byte、short、int和char类型时，根据下标移除
		arrayList1.remove(0);
		//运行结果：10  2  3  1  2  3  
		ergodicArrayList(arrayList1);
		//移除arrayList1集合中的元素3，只会移除左边第一个匹配上的数据
		arrayList1.remove((Integer)3);
		//运行结果：10  2  1  2  3 
		ergodicArrayList(arrayList1);
		
		//set方法，更新对应下标的元素
		arrayList1.set(3,1000);
		//运行结果：10  2  1  1000  3 
		ergodicArrayList(arrayList1);
		
		//toArray方法，将集合转换成Object类型的数组
		Object[] array = arrayList1.toArray();
		//将数组转换成字符串形式
		String str = Arrays.toString(array);
		//运行结果：[10, 2, 1, 1000, 3]
		System.out.println(str);

		//清空集合中的所有元素
		arrayList1.clear();
		
		//isEmpty方法，判断集合是否为空，当且仅当size方法获得结果为0时，返回true
		//运行结果：集合arrayList1是否为空：true
		System.out.println("集合arrayList1是否为空：" + arrayList1.isEmpty());
}
	
	/**
	 * 遍历集合
	 */
	private static void ergodicArrayList(ArrayList arrayList){
		//循环取出元素
		for (int index = 0; index < arrayList.size(); index++) {
			// 使用get方法获取集合中的数据，获取出来的数据类型为Object
			Object element = arrayList.get(index);
			/*
			 * 当使用System.out.println()方法直接输出引用类型的对象时
			 * 输出的是对象.toString()方法的返回值
			 * 例如：
			 * System.out.println(element);和
			 * System.out.println(element.toString());是一样的
			 */
			System.out.print(element);
			//输出两个空格
			System.out.print("  ");
		}
		//换行
		System.out.print("\n");
	}
}
运行结果：
1  2  3  
1  10  2  3  
1  10  2  3  1  2  3  
集合arrayList1是否包含10：true
集合arrayList1是否包含11：false
集合arrayList1中第一次出现2的下标为：2
集合arrayList1中最后一次出现2的下标为：5
10  2  3  1  2  3  
10  2  1  2  3  
10  2  1  1000  3  
[10, 2, 1, 1000, 3]
集合arrayList1是否为空：true

另有Vector集合类，和ArrayList的区别：ArrayList是线程异步的（线程不安全的），Vector是线程同步的（线程安全的），因此导致Vector集合的性能非常低下，已基本不用，有兴趣的同学可以了解即可

既然ArrayList集合插入和删除效率较低，那么有没有比它更快的呢？
接下来看LinkedList集合类

LinkedList类

和ArrayList类基本相同，ArrayList有的方法LinkedList都有；但他们的实现方式不同，LinkedList采用双向链表的数据结构实现，当向集合中添加元素时，集合会创建一个节点Node，这个节点中会存储当前添加的元素，还会存储上一个节点和下一个节点，这样就形成了双向链表这一数据结构。
而这样的结构修改和删除效率非常高效，但这个结构中节点与节点之间，在内存空间上是不连续的；所以查询效率要比ArrayList集合的查询效率低

实例：演示LinkedList部分特有方法
package collection.list.linkedList;
import java.util.LinkedList;
/**
 * LinkedListDemo类
 * 演示LinkedListDemo类中常用方法的使用
 * @author 学霸联盟 - 赵灿
 */
public class LinkedListDemo {
	public static void main(String[] args) {
		//创建LinkedList对象
		LinkedList linkedList = new LinkedList();
		for (int i = 0; i < 4; i++) {
			//循环向集合中添加数据
			linkedList.add(i+1);
		}
		//运行结果：1  2  3  4  
		ergodicLinkedList(linkedList);

		//获取集合中第一个位置的元素
		Object first = linkedList.getFirst();
		//运行结果：集合中第一个元素为：1
		System.out.println("集合中第一个元素为：" + first);
		
		//获取集合中最后一个位置的元素
		Object last = linkedList.getLast();
		//运行结果：集合中最后一个元素为：4
		System.out.println("集合中最后一个元素为：" + last);
		
		//在集合的第一个位置插入元素
		linkedList.addFirst(0);
		//在集合的最后一个位置插入元素
		linkedList.addLast(6);

		//运行结果：0  1  2  3  4  6  
		ergodicLinkedList(linkedList);
		
		//移除集合中第一个位置的元素
		linkedList.removeFirst();
		//移除集合中最后一个位置的元素
		linkedList.removeLast();

		//运行结果：1  2  3  4  
		ergodicLinkedList(linkedList);
	}
	/**
	 * 遍历集合
	 */
	private static void ergodicLinkedList(LinkedList linkedList){
		//循环取出元素
		for (int index = 0; index < linkedList.size(); index++) {
			// 使用get方法获取集合中的数据，获取出来的数据类型为Object
			Object element = linkedList.get(index);
			/*
			 * 当使用System.out.println()方法直接输出引用类型的对象时
			 * 输出的是对象.toString()方法的返回值
			 * 例如：
			 * System.out.println(element);和
			 * System.out.println(element.toString());是一样的
			 */
			System.out.print(element);
			//输出两个空格
			System.out.print("  ");
		}
		//换行
		System.out.print("\n");
	}
}
运行结果：
1  2  3  4  
集合中第一个元素为：1
集合中最后一个元素为：4
0  1  2  3  4  6  
1  2  3  4  

拓展阅读：《I学霸官方免费教程三十六：Java数据结构之双向链表结构》

总结：

以上我们提到的两种集合都是继承自List接口的，他们具有共同的特性，存入的值都是有顺序的，可以存入重复的值，可以使用下标访问元素
不同点
ArrayList：底层由数组实现，初始长度为10，增长因子1.5
缺点：插入和删除效率较低
优点：修改和查询效率较高
LinkedList：底层由双向链表实现，没有初始长度和增长因子
优点：插入和删除效率较高
缺点：查询和修改效率较低

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