作者：孙玉昌，昵称【一一哥】，另外【壹壹哥】也是我哦
千锋教育高级教研员、CSDN博客专家、万粉博主、掘金优质作者、阿里云专家博主
前言
在上一篇文章中，壹哥给大家介绍了Java里的集合，我们了解了集合的由来、特点，以及一些接口API等，但这些内容都偏重于理论。那么从今天这篇文章开始，我们会从实战的角度来进行List集合的学习。可以说，List集合是开发时用的最多的一种集合，尤其是ArrayList更是被经常使用。所以对今天的内容，壹哥希望大家要好好阅读和练习。
------------------------------------------------前戏已做完，精彩即开始----------------------------------------------
全文大约【5800】字，不说废话，只讲可以让你学到技术、明白原理的纯干货！本文带有丰富的案例及配图视频，让你更好地理解和运用文中的技术概念，并可以给你带来具有足够启迪的思考......
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一. List集合简介
1. 概述
List本身是一个接口，该接口继承自Collection接口，它有两个常用的实现子类ArrayList和LinkedList。从功能特性上来看，List是有序、可重复的单列集合，集合中的每个元素都有对应的顺序索引，我们可以通过该索引来访问指定位置上的集合元素。默认情况下，List会按元素的添加顺序给元素设置索引，第一个添加到List集合中的元素索引为0，第二个为1，后面依此类推。所以List的行为和数组几乎完全相同，它们都是有序的存储结构。另外List集合中允许有重复的元素，甚至可以有多个null值。
但是如果我们是使用数组来添加和删除元素，就会非常的不方便。比如从一个已有的数组{'A', 'B', 'C', 'D', 'E'}中删除索引为2的元素，这个“删除”操作实际上是把'C'后面的元素依次往前挪一个位置；而“添加”操作实际上是把指定位置以后的元素依次向后挪一个位置，腾出位置给新加入的元素。针对这两种操作，使用数组实现起来都会非常麻烦。所以在实际应用中，我们增删元素时，一般都是使用有序列表(如ArrayList)，而不是使用数组。
2. 类关系
我们来看看List接口的类关系，如下图所示：
从这个类关系中我们可以看到，List接口继承了Collection接口，并且有ArrayList、LinkedList、Vector等子类，其中Vector现在已经不太常用了，所以我们重点掌握ArrayList和LinkedList就行。
3. 常用API方法
在List接口中定义了子类的一些通用方法，如下所示：
- boolean add(E e)：在集合末尾添加一个数据元素；
- boolean add(int index, E e)：在集合的指定索引出添加一个数据元素；
- E remove(int index)：删除集合中指定索引的元素；
- boolean remove(Object e)：删除集合中的某个元素；
- E get(int index)：获取集合中指定索引出的元素；
- int size()：获取集合的大小(包含元素的个数)。
以上这些方法，就是我们在开发时比较常用的几个方法，大家需要记住哦。
4. List对象创建方式
List作为一个接口，我们通常不能直接new List来创建其对象，在Java中给我们提供了如下两种创建List对象的方式：
- 通过多态方式创建：new List的某个子类，比如new ArrayList()等；
- 通过List.of()方法创建：of()方法可以根据给定的数据元素快速创建出List对象，但该方法不接受null值，如果传入null会抛出NullPointerException异常。
import java.util.ArrayList;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
public class Demo01 {
public static void main(String[] args) {
//创建List对象方式一：
List<String> list1=new ArrayList<>();
List<String> list2=new LinkedList<>();
//创建List对象方式二：
List<Integer> list3 = List.of(1,3,5,7,9);
//该方式不能传入null参数，否则会产生NullPointerException异常
//List<Integer> list4 = List.of(1,3,5,7,9,null);
}
}5. List集合遍历方式
很多时候，我们都会对集合进行遍历操作，也就是要把集合中的每个元素挨个的取出来，以下是几种常用的集合遍历方式：
- 普通for循环配合get(索引值)方法进行遍历：这种遍历方式实现起来代码较为复杂，且get(int)取值方法只对ArrayList比较高效，但对LinkedList效率较低，索引越大时访问速度越慢。
- 增强for循环进行遍历：我们也可以使用增强for循环进行遍历，该方式比普通for循环实现起来更为简洁。
- 使用Iterator迭代器进行集合遍历：不同的List对象调用iterator()方法时，会返回不同实现的Iterator对象，该Iterator对象对集合总是具有最高的访问效率。
import java.util.Iterator;
import java.util.List;
public class Demo02 {
public static void main(String[] args) {
//List遍历方式一，普通for循环：
List<String> list = List.of("java", "大数据", "壹壹哥");
for(int i=0;i<list.size();i++) {
System.out.println("遍历方式一，值="+list.get(i));
}
//List遍历方式二，迭代器：
Iterator<String> it = list.iterator();
while(it.hasNext()){
//取出下一个值
String value = it.next();
System.out.println("遍历方式二，值="+value);
}
//List遍历方式三，增强for循环：内部会自动使用Iterator
for(String item:list) {
System.out.println("遍历方式三，item="+item);
}
}
}上面提到的Iterator对象，有两个常用方法，如下所示：
- boolean hasNext()：该方法用于判断集合中是否还有下一个元素；
- E next()：该方法用于返回集合的下一个元素。
虽然使用Iterator遍历List集合的代码，看起来比使用索引较复杂，但Iterator遍历List集合的效率却是最高效的方式。
另外只要是实现了Iterable接口的集合类，我们都可以直接使用for each增强循环来遍历。在增强for循环中，Java编译器会自动把for each循环变成基于Iterator方式的遍历方式。
6. List与数组的转换方式
其实List与Array数组在很多地方都是比较相似的，比如都可以根据索引对数据元素进行遍历取值等操作。因为存在着这种相似之处，所以在List和数组之间是可以互相转换的，即List集合可以转成数组，数组也可以转成List集合。
6.1 List转数组
一般情况下，List转数组有如下几种方式：
- toArray()方法：该方法会返回一个Object[]数组，但该方法会丢失类型信息，在实际开发时较少使用；
- toArray(T[])方法：传入一个与集合的数据元素类型相同的Array，List会自动把元素复制到传入的Array中；
- T[] toArray(IntFunction<T[]> generator)方法：函数式写法，这是Java中的新特性，后面壹哥会单独讲解。
import java.util.List;
/**
* @author Sun
*/
public class Demo03 {
public static void main(String[] args) {
List<String> list = List.of("java", "大数据", "壹壹哥");
// List转数组方式一：返回一个Object[]数组
Object[] array = list.toArray();
for (Object val : array) {
System.out.println("方式一，value="+val);
}
// List转数组方式二，给toArray(T[])传入与数组元素类型相同的Array，如果数组类型与集合数据元素类型不匹配则会产生如下异常：
// java.lang.ArrayStoreException: arraycopy: element type mismatch:
//can not cast one of the elements of java.lang.Object[] to the type of the destination array, java.lang.Integer
String[] array2 = list.toArray(new String[list.size()]);
for (String val : array2) {
System.out.println("方式二，value="+val);
}
// List转数组方式三：返回一个String[]数组
String[] array3 = list.toArray(String[]::new);
for (String val : array3) {
System.out.println("方式二，value="+val);
}
}
}在本案例中，第一种实现方式是调用toArray()方法直接返回一个Object[]数组，但这种方法会丢失类型信息，所以开发是很少使用。
第二种方式要给toArray(T[])方法传入一个与集合数据元素类型相同的Array，List内部会自动把元素复制到传入的Array数组中。如果Array类型与集合的数据元素类型不匹配，就会产生”java.lang.ArrayStoreException: arraycopy: element type mismatch: can not cast one of the elements of java.lang.Object[] to the type of the destination array......“异常。
第三种方式是通过List接口定义的T[] toArray(IntFunction<T[]> generator)方法，这是一种函数式写法，壹哥以后再单独给大家讲解。
6.2 数组转List
反过来，数组也可以转为List集合，一般的方式如下：
- List.of(T...)方法：该方法会返回一个只读的List集合，如果我们对只读List调用add()、remove()方法会抛出UnsupportedOperationException异常。其中的T是泛型参数，代表要转成List集合的数组；
- Arrays.asList(T...)方法：该方法也会返回一个List集合，但它返回的List不一定就是ArrayList或者LinkedList，因为List只是一个接口。
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
/**
* @author Sun
*/
public class Demo04 {
public static void main(String[] args) {
// 数组转List的方式一：List.of()返回一个只读的集合，不能进行add/remove等修改操作。
List<Integer> values = List.of(1,8,222,10,5);
for (Integer val : values) {
System.out.println("方式一，value="+val);
//该集合是一种只读的集合，不能在遍历时进行增删改等更新操作，只能进行读取操作，
//否则会产生java.lang.UnsupportedOperationException异常
//values.remove(0);
}
// 数组转List的方式二：Arrays.asList()返回一个只读的集合，不能进行add/remove等修改操作。
List<String> items = Arrays.asList("java","壹壹哥","元宇宙");
for (String item : items) {
System.out.println("方式二，value="+item);
//不可以进行增删改操作
//items.add("sss");
//items.remove(0);
}
}
}在本案例中，无论我们是通过List.of()方法，还是通过Arrays.asList()方法，都只会返回一个只读的集合。这种集合在遍历时不能进行增删改等更新操作，只能进行读取操作，否则会产生java.lang.UnsupportedOperationException异常。
二. ArrayList集合
1. 简介
ArrayList是一个数组队列，位于java.util包中，它继承自AbstractList，并实现了List接口。其底层是一个可以动态修改的数组，该数组与普通数组的区别，在于它没有固定的大小限制，我们可以对其动态地进行元素的添加或删除。
存储在集合内的数据被称为”元素“，我们可以利用索引来访问集合中的每个元素。为了方便我们操作这些元素，ArrayList给我们提供了相关的添加、删除、修改、遍历等功能。
因为ArrayList的底层是一个动态数组，所以该集合适合对元素进行快速的随机访问(遍历查询)，另外尾部成员的增加和删除操作速度也较快，但是其他位置上元素的插入与删除速度相对较慢。基于这种特性，所以ArrayList具有查询快，增删慢的特点。
2. 常用方法
ArrayList给我们提供了如下这些方法，我们可以先来了解一下：
| 方法 | 描述 |
| add() | 将数据元素插入到ArrayList的指定位置上 |
| addAll() | 将一个新集合中的所有元素添加到ArrayList中 |
| clear() | 删除ArrayList中所有的元素 |
| contains() | 判断元素是否在ArrayList中 |
| get() | 通过索引值获取ArrayList中的元素 |
| indexOf() | 返回ArrayList中某个元素的索引值 |
| removeAll() | 删除ArrayList中指定集合的所有元素 |
| remove() | 删除ArrayList里的单个元素 |
| size() | 返回ArrayList的元素数量 |
| isEmpty() | 判断ArrayList是否为空 |
| subList() | 截取ArrayList的部分元素 |
| set() | 替换ArrayList中指定索引的元素 |
| sort() | 对ArrayList的数据元素进行排序 |
| toArray() | 将ArrayList转换为数组 |
| toString() | 将ArrayList转换为字符串 |
| ensureCapacity() | 设置指定容量大小的ArrayList |
| lastIndexOf() | 返回指定元素在ArrayList中最后一次出现的位置 |
| retainAll() | 保留指定集合中的数据元素 |
| containsAll() | 查看ArrayList是否包含了指定集合的所有元素 |
| trimToSize() | 将ArrayList的容量调整为数组的元素个数 |
| removeRange() | 删除ArrayList中指定索引间存在的元素 |
| replaceAll() | 用给定的数据元素替换掉指定数组中每个元素 |
| removeIf() | 删除所有满足特定条件的ArrayList元素 |
| forEach() | 遍历ArrayList中每个元素并执行特定操作 |
接下来壹哥就挑选几个常用的方法，通过几个案例来给大家讲解一下ArrayList的用法。
3. 添加元素
ArrayList给我们提供了多个与添加相关的方法，比如add()和addAll()方法，可以将元素添加到集合中。另外如果我们要计算ArrayList中元素的数量，可以使用size()方法。
import java.util.ArrayList;
/**
* @author 一一哥Sun
*/
public class Demo05 {
public static void main(String[] args) {
//创建ArrayList集合，<String>中的是泛型，后面我们会专门讲解泛型
ArrayList<String> names = new ArrayList<String>();
//一个一个地添加元素
names.add("一一哥");
names.add("java");
names.add("数学");
//遍历集合
for (String name : names) {
System.out.println("name="+name+",size="+names.size());
}
ArrayList<String> names2 = new ArrayList<String>();
names2.add("壹壹哥");
//在A集合中追加B集合
names2.addAll(names);
//遍历集合
for (String name : names2) {
System.out.println("name="+name);
}
}
}在上面的代码中，<String>这部分是泛型，壹哥会在后面给大家专门讲解，敬请期待哦。
4. 遍历元素
我们对ArrayList中元素进行遍历的方式，其实与List的遍历是一样的，我们可以使用普通for循环、增强for循环、Iterator迭代器等方式对集合进行遍历，这里我们就不再单独展示其用法了。
5. 修改元素
我们使用add()方法将元素添加到集合中之后，如果想对集合中的元素进行修改，可以使用set()方法。
import java.util.ArrayList;
/**
* @author 一一哥Sun
*/
public class Demo06 {
public static void main(String[] args) {
//创建ArrayList集合，<String>中的是泛型，后面我们会专门讲解泛型
ArrayList<String> names = new ArrayList<String>();
//一个一个地添加元素
names.add("一一哥");
names.add("java");
names.add("数学");
//修改集合中的元素：第一个参数是集合中的索引，第二个是要修改的值
names.set(1, "Android");
names.set(2, "iOS");
//遍历集合
for (String name : names) {
System.out.println("name="+name);
}
}
}6. 删除元素
如果我们要删除ArrayList中的元素，可以使用remove()、removeAll()等方法。
import java.util.ArrayList;
/**
* @author 一一哥Sun
*/
public class Demo07 {
public static void main(String[] args) {
//创建ArrayList集合，<String>中的是泛型，后面我们会专门讲解泛型
ArrayList<String> names = new ArrayList<String>();
//一个一个地添加元素
names.add("一一哥");
names.add("java");
names.add("数学");
//删除集合中指定位置上的某个元素
names.remove(0);
//删除集合中的某个指定元素
names.remove("java");
//遍历集合
for (String name : names) {
System.out.println("name="+name);
}
ArrayList<String> names2 = new ArrayList<String>();
names2.add("语文");
names2.add("英语");
names2.add("数学");
//删除本集合中的另一个集合
names2.removeAll(names);
//遍历集合
for (String name : names2) {
System.out.println("name2="+name);
}
}
}7. 集合排序
我们可以使用Collections.sort()方法对集合进行升序排列。
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
/**
* @author 一一哥Sun
*/
public class Demo08 {
public static void main(String[] args) {
//创建ArrayList集合
ArrayList<Integer> nums = new ArrayList<>();
//一个一个地添加元素
nums.add(100);
nums.add(85);
nums.add(120);
nums.add(55);
//对集合进行排序,默认是升序排列
Collections.sort(nums);
//遍历集合
for (Integer num : nums) {
System.out.println("num="+num);
}
}
}8. 配套视频
本节内容配套视频链接如下：
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三. LinkedList集合
1. 简介
LinkedList采用链表结构来保存数据，所以是一种链表集合，类似于ArrayList，也是List的一个子类，位于java.util包中。它的底层是基于线性链表这种常见的数据结构，但并没有按线性的顺序存储数据，而是在每个节点中都存储了下一个节点的地址。
LinkedList的优点是便于向集合中插入或删除元素，尤其是需要频繁地向集合中插入和删除元素时，使用LinkedList类比ArrayList的效率更高。但LinkedList随机访问元素的速度则相对较慢，即检索集合中特定索引位置上的元素速度较慢。
2. LinkedList类关系
LinkedList直接继承自AbstractSequentialList，并实现了List、Deque、Cloneable、Serializable等多个接口。通过实现List接口，具备了列表操作的能力；通过实现Cloneable接口，具备了克隆的能力；通过实现Queue和Deque接口，可以作为队列使用；通过实现Serializable接口，可以具备序列化能力。LinkedList类结构关系如下图所示：
3. LinkedList与ArrayList对比
与ArrayList相比，LinkedList进行添加和删除的操作效率更高，但查找和修改的操作效率较低。基于这种特性，我们可以在以下情况中使用ArrayList:
- 需要经常访问获取列表中的某个元素；
- 只需要在列表的末尾进行添加和删除某个元素。
当遇到如下情况时，可以考虑使用LinkedList:
- 需要经常通过循环迭代来访问列表中的某些元素；
- 需要经常在列表的开头、中间、末尾等位置进行元素的添加和删除操作。
4. 常用方法
LinkedList中的很多方法其实都来自于List接口，所以它的很多方法与ArrayList是一样的。但由于其自身特点，也具有一些特有的常用方法，这里壹哥只列出LinkedList特有的常用方法，如下表所示：
| 方法 | 描述 |
| public void addFirst(E e) | 将元素添加到集合的头部。 |
| public void addLast(E e) | 将元素添加到集合的尾部。 |
| public boolean offer(E e) | 向链表的末尾添加元素，成功为true，失败为false。 |
| public boolean offerFirst(E e) | 在链表头部插入元素，成功为true，失败为false。 |
| public boolean offerLast(E e) | 在链表尾部插入元素，成功为true，失败为false。 |
| public void clear() | 清空链表。 |
| public E removeFirst() | 删除并返回链表的第一个元素。 |
| public E removeLast() | 删除并返回链表的最后一个元素。 |
| public boolean remove(Object o) | 删除某一元素，成功为true，失败为false。 |
| public E remove(int index) | 删除指定位置的元素。 |
| public E poll() | 删除并返回第一个元素。 |
| public E remove() | 删除并返回第一个元素。 |
| public E getFirst() | 返回第一个元素。 |
| public E getLast() | 返回最后一个元素。 |
| public int lastIndexOf(Object o) | 查找指定元素最后一次出现的索引。 |
| public E peek() | 返回第一个元素。 |
| public E element() | 返回第一个元素。 |
| public E peekFirst() | 返回头部元素。 |
| public E peekLast() | 返回尾部元素。 |
| public Iterator descendingIterator() | 返回倒序迭代器。 |
| public ListIterator listIterator(int index) | 返回从指定位置开始到末尾的迭代器。 |
对这些方法进行基本的了解之后，接下来我们选择几个核心方法来来看看具体该怎么使用。
5. 添加/删除元素
我们可以通过addFirst()和addLast()方法，分别在链表的开头和结尾添加一个元素。当我们要频繁地在一个列表的开头和结尾进行元素添加、删除时，使用LinkedList要比ArrayList的效率更高。
import java.util.LinkedList;
/**
* @author 一一哥Sun
*/
public class Demo09 {
public static void main(String[] args) {
// 创建LinkedList集合
LinkedList<String> names = new LinkedList<String>();
// 一个一个地添加元素
names.add("一一哥");
names.add("java");
names.add("数学");
//在链表的开头添加元素
names.addFirst("壹壹哥");
//在链表的结尾添加元素
names.addLast("历史");
// 遍历集合
for (String name : names) {
System.out.println("name=" + name);
}
//移除链表开头的元素
names.removeFirst();
//移除链表结尾的元素
names.removeLast();
}
}6. 迭代获取元素
我们可以通过getFirst()、getLast()等方法获取到集合中的第一个、最后一个元素。
import java.util.LinkedList;
/**
* @author 一一哥Sun
*/
public class Demo10 {
public static void main(String[] args) {
// 创建LinkedList集合
LinkedList<String> names = new LinkedList<String>();
// 一个一个地添加元素
names.add("一一哥");
names.add("java");
names.add("数学");
System.out.println("first=" + names.getFirst());
System.out.println("last=" + names.getLast());
// 迭代遍历集合
for (String name : names) {
System.out.println("name=" + name);
}
}
}7. 配套视频
本节内容配套视频链接如下：
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------------------------------------------------正片已结束，来根事后烟----------------------------------------------
四. 结语
至此，壹哥就把List集合给大家讲解完毕了，最后我们再来看看本文的重点吧：
- List是按索引顺序访问的、长度可变的有序列表；
- 一般开发时，ArrayList比LinkedList的使用更频繁；
- List和Array可以相互转换；
- 集合遍历时有多种方式，增强for循环和Iterator迭代器的效率更高；
- ArrayList与LinkedList都是List接口的实现类，都实现了List中所有未实现的方法，但实现的方式有所不同；
- ArrayList底层的数据结构基于动态数组，访问元素速度快于LinkedList，在快速访问数据时ArrayList的执行效率比较高；
- LinkedList底层的数据结构基于链表，占用的内存空间较大，但批量插入或删除数据时快于ArrayList。当频繁向集合中插入和删除元素时，使用LinkedList比ArrayList的效率更高。
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