Java 基础学习（十三）集合框架、List集合

1 集合框架

1.1 Collection

1.1.1 集合框架概述

Java 集合框架是一组实现了常见数据结构（如列表、树集和哈希表等）的类和接口，用于存储一组数据。

开发者在使用Java的集合类时，不必考虑数据结构和算法的具体实现细节，根据场景需要直接选择并使用这些集合类，调用相应的方法即可，从而提高开发效率。

例如，开发者可以创建一个基于数组结构的集合对象，然后调用该对象的add方法向集合中添加元素，或者调用该对象的get方法从集合中获取某个已添加的元素。

Java的集合中存储的都是引用类型的元素，由于引用类型变量实际上存储的是对象的“地址”，集合中实际上只存储了元素对象在堆中的地址，而并不是将对象本身存入了集合中。

Java所有的集合类都位于java.util包中，按照存储结构可以分为两大类，即单列集合和双列集合。单列集合是指集合中的元素是单个对象，双列集合是指集合中的元素以键值对（key-value pair）的形式存在。Collection是单列集合的根接口，Map是双列集合的根接口，各自还派生出一些子接口或实现类。

1.1.2 Collection集合体系

Collection集合体系的架构图如下图所示：

Collection接口有3个子接口：

List接口：有序且可以重复的集合
Set接口：无序且不可重复的集合
Queue接口：队列集合，用来存储满足FIFO（First In First Out）原则的容器

有序和无序：指集合中的元素是否能保存元素的添加顺序。例如，将3个整型元素5、3、9添加到集合中，List集合能够保证按照5、3、9的顺序访问元素，而Set集合无法保证能按这一顺序访问。

是否可重复：指集合中是否允许有重复的元素，重复元素指的并非是同一个元素，而是指equals方法比较为true的元素。

1.1.3 Collection接口的主要方法

在Collection中定义了单列集合的一些通用方法，使用这些方法可以操作所有的单列集合。

1.1.4 【案例】add方法示例

编写代码，测试Collection的add方法。代码示意如下：

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
public class CollectionDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        Collection c = new ArrayList();
        System.out.println(c); // []
        c.add("张亚峰");
        c.add("刘苍松");
        c.add(666);
        System.out.println(c); // [张亚峰, 刘苍松, 666]
    }
}

1.1.5 contains方法

contains() 方法用于判断给定的元素是否被包含在集合中。语法如下：

boolean contains(Object o)

若包含则返回true，否则返回false。

这里需要注意的是，集合在判断元素是否被包含在集合中是根据每个元素的equals() 方法进行比较后的结果。因此，通常有必要重写 equals() 保证 contains() 方法返回合理的结果。

1.1.6 【案例】contains方法示例

编写代码，测试Collection的contains方法。代码示意如下：

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
public class CollectionDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        Collection c = new ArrayList();
        c.add(new String("hello"));
        // List集合contains方法和对象的equals方法相关
        boolean flag = c.contains("hello");
        System.out.println("flag: " + flag); // flag: true
        System.out.println("flag: " + c.contains("hell")); // flag: false
    }
}

1.1.7 size、clear、isEmpty方法

Collection集合还有3个常用的方法：

int size()：该方法用于返回当前集合中的元素总数
void clear()：该方法用于清空当前集合
boolean isEmpty()：该方法用于判断当前集合中是否不包含任何元素

1.1.8 【案例】size、clear、isEmpty方法示例

编写代码，测试Collection的size、clear和isEmpty方法。代码示意如下：

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
public class CollectionDemo3 {
    public static void main(String[] args) {
        Collection c = new ArrayList();
        System.out.println(c.isEmpty()); // true
        c.add("java");
        c.add("c++");
        c.add("php");
        c.add("c#");
        c.add("python");
        // isEmpty:false, size: 5
        System.out.println("isEmpty:" + c.isEmpty() + ",size: " + c.size());
        // 清空集合
        c.clear();
        // isEmpty:true, size: 0
        System.out.println("isEmpty:" + c.isEmpty() + ", size: " + c.size());
    }
}

1.1.9 addAll与containsAll 方法

如果需要将一个集合加入另一个集合，可以使用 addAll() 方法：

boolean addAll(Collection<? extends E>  c)

该方法需要传入一个集合，并将该集合中的所有元素添加到当前集合中。如果此 collection 由于调用而发生更改，则返回 true。

如果希望判断当前集合是否包含给定集合中的所有元素，可以使用containsAll() 方法：

boolean containsAll(Collection<?> c)

若包含则返回 true。

1.1.10 【案例】addAll与containsAll方法示例

编写代码，测试Collection的addAll和containsAll方法。代码示意如下：

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
public class CollectionDemo4 {
    public static void main(String[] args) {
        Collection passedStudentList = new ArrayList(); // 考试通过的学生名单
        passedStudentList.add("Alice");
        passedStudentList.add("Bob");
        passedStudentList.add("Lucy");
        passedStudentList.add("Lily");
        Collection groupAList = new ArrayList<>(); // A组学生名单
        groupAList.add("Bob");
        groupAList.add("Tony");
        // A组学生是否都通过了考试
        boolean passed = passedStudentList.containsAll(groupAList);
        if (passed) {
            System.out.println("A组全部通过了考试！");
        } else {
            System.out.println("A组没有全部通过了考试！");
        }
        // B组学生名单
        Collection groupBList = new ArrayList<>(); 
        groupBList.add("Tom");
        groupBList.add("Jerry");
        // 将B组学生名单添加到考试通过的学生名单中
        passedStudentList.addAll(groupBList);
    }
}

1.2 Iterator迭代器

1.2.1 迭代器概述

迭代器（Iterator）接口是Java集合框架中的一员，诞生于JDK 1.2版本，主要用于迭代访问（即遍历）Collection中的元素，因此，Iterator对象也被称为迭代器。

获取迭代器的方式是使用Collection定义的iterator方法：

迭代器Iterator是一个接口，集合在覆盖Collection的iterator()方法时提供了迭代器的具体实现。

1.2.2 迭代器接口的主要方法

迭代器（Iterator）接口中定义了4个方法。

最常用的方法为：

hasNext：用于判断当前迭代中是否有更多元素
next：返回当前迭代中的下一个元素
remove：从集合中移除最近一次调用next方法时返回的那个元素，与next方法搭配使用

三个方法的操作示意如下图所示：

注意：

遍历过程中不能直接通过Collection的 remove() 方法删除集合元素，否则会抛出并发更改异常
在调用迭代器的remove() 方法前必须通过迭代器的 next() 方法迭代过元素，那么删除的就是这个元素
调用一次next()方法后只能调用一次remove()方法

1.2.3 【案例】Iterator示例

编写代码，测试Iterator的hasNext、next和remove方法。代码示意如下：

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;
public class IteratorDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        Collection c = new ArrayList();
        // 向集合中添加1到10
        for (int i = 1; i <= 10; i++){
            c.add(i);
        }
        System.out.println(c);
        // 获取集合的迭代器对象
        Iterator itr = c.iterator();
        // 通过迭代器遍历集合
        while (itr.hasNext()) {
            int i = (int)itr.next();
            System.out.print(i + " ");
            // 通过迭代器删除集合中的元素
            if (i % 2 != 0){
                itr.remove();
            }
        }
        System.out.println();
        // 输出集合中的元素
        System.out.println(c);
    }
}

1.2.4 增强for循环

增强for循环是Java 1.5之后推出了一个新的特性，用于简化集合的遍历操作。语法如下：

for(元素类型 e : 集合或数组){
    循环体 
}

增强for循环会按照从头到尾的顺序逐个访问集合或数组中的元素，变量e的值与集合或数组中当前访问的元素的值相同。例如，使用增强for循环访问一个包含了“a”，“b”“c”三个元素的集合，第一次循环时，e的值为“a”，第二次循环时，e的值为“b”，以此类推。

增强for循环并非新的语法，而是在编译过程中，编译器会将增强for循环转换为迭代器模式。所以增强for循环本质上是迭代器。

1.2.5 【案例】增强for循环示例

编写代码，测试增强的for循环的使用。代码示意如下：

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;
public class IteratorDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        Collection c = new ArrayList();
        // 向集合中添加1到10
        for (int i = 1; i <= 10; i++){
            c.add(i);
        }
        // 使用增强for循环遍历集合中的元素
        for(Object o : c){
            System.out.print(o +" ");
        }
        System.out.println();
        // 也可用于遍历数组
        String[] array = {"Tom", "Bob", "Jerry"};
        for(String s: array){
            System.out.println(s);
        }
    }
}

1.3 泛型机制

1.3.1 泛型概述

泛型（Generic）是Java从JDK 1.5开始引入的，可以帮助用户建立类型安全的集合。泛型的本质就是“数据类型的参数化”。可以把泛型理解为数据类型的一个占位符（形式参数），即在编写代码时将数据类型定义成参数，这些类型参数在使用或调用时传入具体的类型。

在JDK 1.5之前，为了实现参数类型的任意化，都是通过Object类型来处理的。但这种处理方式的缺点是需要进行强制类型转换，这种强制类型转换不仅使代码臃肿，还要求开发者必须在已知实际使用的参数类型的情况下才能进行，否则容易引起ClassCastException异常。

使用泛型的好处是在程序编译期间会对类型进行检查，捕捉类型不匹配错误，以免引起ClassCastException异常；在使用了泛型的集合中，遍历时不必进行强制类型转换，数据类型都是自动转换的。

泛型也经常在类、接口和方法的定义中使用，这部分内容将在后续的课程中进行讲解。

1.3.2 【案例】泛型示例

编写代码，测试泛型的使用。代码示意如下：

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;
public class GenericDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        // 使用泛型指定集合中元素为Integer类型
        Collection<Integer> c = new ArrayList<>();
        c.add(123);
        // c.add("abc"); // 编译时报错，类型不匹配
        Iterator<Integer> itr = c.iterator();
        while (itr.hasNext()) {
            // 无需类型转换
            int i = itr.next();
            System.out.print(i + " ");
        }
    }
}

2 List集合

2.1 List接口

2.1.1 List接口概述

List接口继承自Collection接口，是单列集合的一个重要分支；将实现了List接口的对象称为List集合。List接口的特点可简单总结为“有序可重复”。

List接口不但继承了Collection接口中的全部方法，而且增加了一些操作集合的特有方法：

2.2 ArrayList

2.2.1 ArrayList概述

ArrayList是List接口的一个实现类，是程序中最常见的一种集合。在ArrayList内部封装了一个长度可变的数组对象，当存入的元素超过数组长度时，ArrayList会在内存空间中创建一个更大的数组来存储这些元素。

ArrayList的主要特点如下：

1、动态大小：ArrayList的大小是可以动态增长和缩小的。与普通的数组相比，ArrayList不需要指定初始大小，并且可以根据需要自动调整容量。

2、随机访问：ArrayList通过索引来访问集合中的元素。由于ArrayList使用了数组实现，因此可以通过索引以常量时间复杂度（O(1)）来获取元素。这使得ArrayList非常适合需要频繁随机访问元素的场景。

3、允许重复元素：ArrayList可以包含重复的元素。这意味着可以多次添加相同的元素到ArrayList中。

4、支持动态修改：ArrayList提供了一系列方法来修改集合中的元素，如添加、删除、插入和替换等操作。通过这些方法，可以方便地对集合进行修改。

5、迭代和遍历：ArrayList实现了Iterable接口，因此可以使用迭代器（Iterator）或者增强型for循环来遍历集合中的元素。

2.2.2 ArrayList常用方法

除了从Collection接口间接继承的方法外，ArrayList中还包含以下常用方法。

1、void add(int index, E element)：将给定的元素插入到指定位置，原位置及后续元素都顺序向后移动。

2、E remove(int index)：删除给定位置的元素，并将被删除的元素返回。

3、E get(int index)：获取集合中指定下标对应的元素，下标从0开始。

4、E set(int index, E element)：将给定的元素存入给定位置，并将原位置的元素返回。

2.2.3 【案例】ArrayList方法示例

编写代码，测试ArrayList的使用。代码示意如下：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class ArrayListDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        // 使用泛型ArrayList集合
        ArrayList<String> mylist = new ArrayList<>();
        // 向集合中添加3个元素
        mylist.add("one");
        mylist.add("two");
        mylist.add("three");
        System.out.println("此列表元素包括："+mylist);
        System.out.println("------");
        // E get(int i) 返回集合中指定下标的元素
        String s = mylist.get(2);
        System.out.println("索引号为2的元素是："+s);
        System.out.println("------");
        // E set(int index,E e)将给定位置的元素替换成
        // 新元素,并返回被替换的元素
        String old = mylist.set(2, "3");
        System.out.println("被替换的元素："+old);
        System.out.println("此列表元素包括："+mylist);
        System.out.println("------");
        // void add(int index,E e)向指定位置插入元素
        mylist.add(1,"2");
        System.out.println(mylist);
        System.out.println("------");
        // E remove(int index)删除并返回指定位置的元素
        // 删除索引号为1的元素
        old = mylist.remove(1);
        System.out.println(old);
        System.out.println(mylist);
        System.out.println("------");
        // List取子集List subList(int start,int end)
        // 包括0号元素，不包括2号元素
        List<String> subList = mylist.subList(0, 2);
        System.out.println("子集元素包括："+subList);
        System.out.println("------");
        // 使用foreach语句遍历
        for (String e: mylist){
            System.out.print(e+' ');
        }
    }
}

2.2.4 【案例】ArrayList应用示例

案例背景：

在本地D:/data文件夹中存放了两个csv文件，分别是subject.csv文件和exam.csv文件，分别存储科目信息和考试信息，文件内容如下图所示。

案例需求：

1、创建Subject类，用于封装科目信息。创建Exam类，用于封装考试信息。两个类的属性设计如下所示。

2、使用IO流读取subject.csv文件，解析其中的数据，每行数据封装成一个Subject对象，存储到ArrayList<Subject>集合subjectList中。

3、使用IO流读取exam.csv文件，解析其中的数据，每行数据封装成一个Exam对象，存储到ArrayList<Exam>集合examList中。在Exam对象中需要根据subject_id列的值，关联对应的Subject对象。

4、从examList中筛选出考试时间在10点之后的数据，将考试信息输出到控制台。

输出结果如下图所示。

import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileReader;
import java.time.LocalDateTime;
import java.time.format.DateTimeFormatter;
import java.util.*;
public class ArrayListDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        String subjectPath = "d:/data/subject.csv";
        String examPath = "d:/data/exam.csv";
        ArrayList<Subject> subjects = readSubjects(subjectPath);
        System.out.println(subjects); // 打印科目信息
        ArrayList<Exam> exams = readExams(examPath, subjects);
        System.out.println(exams); // 打印考试信息
        // 筛选出考试时间在10点之后的考试信息
        DateTimeFormatter formatter =
                DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        for (Exam exam : exams) {
            LocalDateTime ldt = LocalDateTime.parse(exam.getStartTime(),formatter);
            if (ldt.getHour()>9){
                System.out.println(exam);
            }
        }
    }
    /**
     * 读取文件中的数据，每行生成一个考试对象，存储到集合中
     * @param path
     * @param subjects
     * @return
     */
    public static ArrayList<Exam> readExams(String path, ArrayList<Subject> subjects) {
        List<String> lines = readLines(path);
        ArrayList<Exam> exams = new ArrayList<>();
        for (String line : lines) {
            String[] arr = line.split(",");
            Exam exam = new Exam();
            exam.setId(Integer.parseInt(arr[0]));
            exam.setName(arr[1]);
            exam.setStartTime(arr[2]);
            exam.setDuration(Integer.parseInt(arr[3]));
            // 遍历科目数据，获取科目对象
            for (Subject subject : subjects) {
                if (subject.getId() .equals(Integer.parseInt(arr[4]))) {
                    exam.setSubject(subject);
                    break;
                }
            }
            exams.add(exam);
        }
        return exams;
    }
    /**
     * 读取文件中的数据，每行生成一个科目对象，存储到集合中
     * @param path
     * @return
     */
    public static ArrayList<Subject> readSubjects(String path){
        List<String> lines = readLines(path);
        ArrayList<Subject> subjects = new ArrayList<>();
        for(String line : lines){
            String[] arr = line.split(",");
            Subject subject = new Subject();
            subject.setId(Integer.parseInt(arr[0]));
            subject.setName(arr[1]);
            subjects.add(subject);
        }
        return subjects;
    }
    /**
     * 读取文件中的数据，每行生成一个字符串，存储到集合中
     * @param path
     * @return
     */
    public static ArrayList<String> readLines(String path){
        ArrayList<String> lines = new ArrayList<>();
        try(
            FileReader fr = new FileReader(path);
            BufferedReader br = new BufferedReader(fr);
        ){
            String line = br.readLine();
            line = br.readLine(); // 跳过第一行
            while(line != null){
                lines.add(line);
                line = br.readLine();
            }
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
        return lines;
    }
}

2.2.5 ArrayList的扩容机制

ArrayList的扩容机制是指在容量不足以容纳新元素时，自动增加ArrayList的容量，即ArrayList使用的内部数组的长度，以便能够容纳更多的元素。

ArrayList类中定义了一个变量elementData，代表实际存储数据的数组。ArrayList的容量，指的就是这个数组的容量。

1、初始容量

ArrayList中的初始容量分为2种情况：未指定初始长度和手动指定初始长度。

首先来看未指定初始长度的情况。

ArrayList类中定义了一个空的Object类型数组，如下所示。

在创建ArrayList对象时，如果没有指定初始容量，ArrayList会使用该数组作为内部数组，此时内部数组的长度为0。

当第一次向该ArrayList对象中添加一个元素时，ArrayList会先初始化一个默认长度的内部数组，再将元素添加到该数组中。这个默认长度由ArrayList中的一个静态常量指定，如下所示。

因此，ArrayList的初始容量为0，在添加第一个元素时动态扩容为10。

接下来，我们来看手动指定初始长度的情况。

手动指定初始长度是指通过ArrayList的带参构造器ArrayList(int initialCapacity)来创建ArrayList对象。此时，ArrayList会使用传入的值作为新建的内部数组的长度，源码入下图所示。

因此，如果手动指定了长度，ArrayList的初始容量即为指定的长度。

2、容量增长

当添加元素导致ArrayList的大小超过当前容量时，ArrayList会自动进行容量增长。容量增长的策略是通过创建一个新的更大容量的数组，并将原有元素复制到新数组中。

当需要增加容量时，ArrayList会根据一定的增量大小（通常为当前容量的一半）计算新的容量。

新容量的计算公式为：newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1)。

例如，一个已经添加了10个元素的ArrayList，在添加第11个元素时，容量会扩容到10 + (10 >>1) =15。

3、复制元素

在进行容量增长时，ArrayList会创建一个新的数组，并将原有的元素复制到新数组中。

复制元素的操作可能会导致一定的性能开销，特别是在ArrayList中存储大量元素时。例如，向ArrayList中依次添加128个元素，会导致ArrayList进行7次动态扩容。

因此，集合操作的一项重要的最佳实践是：当事先知道要存储的总元素数量时，应使用ArrayList的带参构造器来创建ArrayList，以减少动态扩容带来的性能开销。

2.2.6 ArrayList的缩容操作

与自动扩容机制不同，ArrayList并不会在删除元素时进行自动缩容操作。但是ArrayList提供了trimToSize方法，用于手动实现缩容的效果。

2.2.7 ArrayList与数组的区别

1、大小的固定性：数组一旦创建，大小是固定的，无法改变；ArrayList的大小是可变的，可以根据需要动态增长或缩小。

2、对象类型和原始类型：数组可以存储对象类型和原始类型的值，例如，int[]可以存储整数，String[]可以存储字符串；ArrayList只能存储对象类型，不能直接存储原始类型，需要使用对应的包装类。

3、功能和灵活性：数组的功能相对有限，仅提供了基本的操作，如访问和赋值；ArrayList提供了丰富的方法来插入、删除、替换和访问元素。

2.2.8 ArrayList与数组的转换

1、集合转为数组

使用 toArray() 方法将集合转换为数组，有两种形式：

Object[] toArray()
<T>T[] toArray(T[] a)

其中，第二种比较常用：可以传入一个指定类型的数组，该数组的元素类型应与集合的元素类型一致，返回值则是转换后的数组，该数组会保存集合中所有的元素。

2、数组转为集合

Arrays类的静态方法 asList() 可以将一个数组转换为对应的 List 集合：

static <T>List<T> asList<T… a>

返回的 List 的集合元素类型由传入的数组的元素类型决定。

注意：对于返回的集合，不能对其增删元素，否则会抛出异常；并且对集合的元素进行修改会影响数组对应的元素。

2.3 LinkedList

2.3.1 LinkedList概述

LinkedList是另一个常用的List接口实现类，内部维护了一个双向链表。

LinkedList在常用API方面与ArrayList非常相似，只是在性能上有一定的差别，学习LinkedList的重点是掌握它内部的数据结构以及这种结构带来的优点和缺点。

LinkedList集合中的每个数据节点中都有两个指针，分别指向前一个节点和后一个节点。如下图所示：

集合中有多个元素之间的关系如下图所示：

当插入一个新元素时，只需要修改元素之间的这种引用关系，删除一个节点也是如此。如下图所示：

由图可以看出：LinkedList集合对于元素的增、删操作快捷方便。但是LinkedList集合不支持随机取值，每次都只能从一端或双向链表中的某节点开始遍历，直到找到查询的对象再返回，由于无法保存上一次的查询位置，因此实现查询操作的效率低下。

2.3.2 LinkedList的特点

LinkedList的主要特点如下：

1、链表结构：LinkedList使用双向链表的数据结构来存储和操作元素。

2、动态大小：LinkedList不需要指定初始大小，并且可以根据需要自动调整容量。

3、高效的插入和删除操作：由于LinkedList使用链表结构，插入和删除元素的性能相对较好。

4、不支持随机访问： LinkedList不支持通过索引直接访问元素，需要从头节点或尾节点开始遍历链表。

5、遍历操作：LinkedList实现了Iterable接口，因此可以使用迭代器（Iterator）或者增强型for循环来遍历链表中的元素。

2.3.3 【案例】LinkedList与ArrayList比较示例

编写代码，测试LinkedList与ArrayList两种集合，在头部插入、中部插入和尾部插入时的效率。代码示意如下：

import java.util.ArrayList;
import java.util.LinkedList;
public class ListPerformanceComparison {
    public static void main(String[] args) {
        int iterations = 100000; // 迭代次数
        // 测试ArrayList
        ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<>();
        long arrayListStartTime = System.currentTimeMillis(); // 开始时间
        for (int i = 0; i < iterations; i++) {
            arrayList.add(0, i); // 头部插入
        }
        long arrayListEndTime = System.currentTimeMillis(); // 结束时间
        long arrayListDuration = arrayListEndTime - arrayListStartTime; // 执行时间
        // 测试LinkedList
        LinkedList<Integer> linkedList = new LinkedList<>();
        long linkedListStartTime = System.currentTimeMillis(); // 开始时间
        for (int i = 0; i < iterations; i++) {
            linkedList.addFirst(i); // 头部插入
        }
        long linkedListEndTime = System.currentTimeMillis(); // 结束时间
        long linkedListDuration = linkedListEndTime - linkedListStartTime; // 执行时间
        System.out.println("ArrayList 头部插入耗时: " + arrayListDuration + " 毫秒");
        System.out.println("LinkedList 头部插入耗时: " + linkedListDuration + " 毫秒");
        // 清空列表
        arrayList.clear();
        linkedList.clear();
        // 测试ArrayList
        arrayListStartTime = System.currentTimeMillis(); // 开始时间
        for (int i = 0; i < iterations; i++) {
            arrayList.add(i / 2, i); // 中部插入
        }
        arrayListEndTime = System.currentTimeMillis(); // 结束时间
        arrayListDuration = arrayListEndTime - arrayListStartTime; // 执行时间
        // 测试LinkedList
        linkedListStartTime = System.currentTimeMillis(); // 开始时间
        for (int i = 0; i < iterations; i++) {
            int index = linkedList.size() / 2;
            linkedList.add(index, i); // 中部插入
        }
        linkedListEndTime = System.currentTimeMillis(); // 结束时间
        linkedListDuration = linkedListEndTime - linkedListStartTime; // 执行时间
        System.out.println("ArrayList 中部插入耗时: " + arrayListDuration + " 毫秒");
        System.out.println("LinkedList 中部插入耗时: " + linkedListDuration + " 毫秒");
        // 清空列表
        arrayList.clear();
        linkedList.clear();
        // 测试ArrayList
        arrayListStartTime = System.currentTimeMillis(); // 开始时间
        for (int i = 0; i < iterations; i++) {
            arrayList.add(i); // 尾部插入
        }
        arrayListEndTime = System.currentTimeMillis(); // 结束时间
        arrayListDuration = arrayListEndTime - arrayListStartTime; // 执行时间
        // 测试LinkedList
        linkedListStartTime = System.currentTimeMillis(); // 开始时间
        for (int i = 0; i < iterations; i++) {
            linkedList.add(i); // 尾部插入
        }
        linkedListEndTime = System.currentTimeMillis(); // 结束时间
        linkedListDuration = linkedListEndTime - linkedListStartTime; // 执行时间
        System.out.println("ArrayList 尾部插入耗时: " + arrayListDuration + " 毫秒");
        System.out.println("LinkedList 尾部插入耗时: " + linkedListDuration + " 毫秒");
    }
}

2.3.4 ArrayList和LinkedList的区别

ArrayList和LinkedList都是List接口的实现类，用于存储单列数据。ArrayList和LinkedList在数据结构、随机访问性能、插入和删除操作性能等方面有所区别。

首先，ArrayList底层基于数组存储数据，可以看成是一个大小可变的数组。LinkedList底层基于双向链表存储数据。

ArrayList支持使用下标（索引）随机访问集合中的元素，随机访问的性能较好。LinkedList不能根据下标直接访问元素，需要从头部或尾部开始遍历链表，随机访问性能较差。

ArrayList在尾部进行插入和删除的性能较好，但在中间或头部进行插入和删除操作时，需要移动其他元素，性能较差。LinkedList在头尾进行插入和删除的性能较好。

注意：以上的对比都是在数据量很大或者操作很频繁的情况下的对比，如果数据和运算量很小，上述对比将失去意义。