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List接口常用实现类底层分析

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2025-08-14 20:09:03

一、集合 1.1 简介

集合主要分为两组（单列集合、双列集合），Collection 接口有两个重要的子接口 List 和Set，它们的实现子类都是单列集合。Map 接口的实现子类是双列集合，存放的是 K-V

1.2 关系图

二、Collection 接口和常用方法 public interface Collection<E> extends Iterator<E> 2.1 特点

1、Collection 实现子类可以存放多个元素，每个元素可以是 Object

2、有些 Collection 的实现类可以存放重复元素，有些不可以。

3、有些 Collection 的实现类是有序的（List），有些不是有序的（Set）

4、Collection 接口没有直接的实现子类，是通过它的子接口 Set 和 List 来实现的

2.2 常用方法

下面使用实现类 ArrayList 来演示，如下

public class CollectionTest { public static void main(String[] args) { Collection list = new ArrayList(); // add: 添加单个元素 list.add("java"); list.add(10); list.add(true); System.out.println("list="+list); // remove: 删除指定元素 list.remove(true); System.out.println("list="+list); // contains: 查找元素是否存在 System.out.println(list.contains("java")); // size: 获取元素个数 System.out.println("现在集合的大小为："+list.size()); // isEmpty: 判断是否为空 System.out.println("判断集合是不是空的"+list.isEmpty()); // clear: 清空集合 list.clear(); System.out.println("我要清空集合了，现在集合的大小为："+list.size()); // addAll: 添加多个元素 ArrayList list2 = new ArrayList(); list2.add("苹果"); list2.add("香蕉"); list.addAll(list2); System.out.println("添加完多个元素后集合的大小为："+list.size()); // containsAll: 查找多个元素是否都存在 System.out.println("查找多个元素是否都存在："+list.containsAll(list2)); // removeAll: 删除多个元素 list.removeAll(list2); System.out.println("删除多个元素后集合的大小为："+list.size()); } } 2.3 接口遍历 2.3.1 Iterator 方式

Iterator 对象称为迭代器，主要用于遍历 Collection 集合中的元素。所有实现了 Collection 接口的集合类都有一个 iterator() 方法，用于返回一个实现了 Iterator 接口的对象，即可以返回一个迭代器。

需要注意的是，在调用 iterator.next() 方法之前必须要调用 iterator.hasNext() 方法进行检测，若不调用最终会报异常。

如果希望再次遍历，则需要重置我们的迭代器，即重新调用下 coll.iterator() 方法即可。

// 得到一个集合的迭代器 Iterator iterator = coll.iterator(); // 判断是否还有下一个元素 while(iterator.hasNext()){ // next() 方法有两个作用：下移并且将下移以后集合位置上的元素返回 System.out.println(iterator.next()); } 2.3.2 for 循环方式

增强 for 循环，可以代替 iterator 迭代器。它就是简化版的 iterator，本质是一样的，只能用于遍历集合或数组。

for(元素类型元素名:集合或数组名){ // 访问元素 } 三、List 接口和常用方法 3.1 特点

1、List 集合类中元素有序（即添加顺序和取出顺序是一致的）、且可重复。

2、List 集合中每个元素都有其对应的顺序索引，即支持索引。

3、List 容器中的元素都对应一个整数型的序号记录其在容器中的位置，可以根据序号存取容器中的元素。

3.2 常用实现类

ArrayList、LinkedList、Vector

3.3 常用方法 public class ListMethod { public static void main(String[] args) { List list = new ArrayList(); list.add("苹果"); list.add("香蕉"); // add(int index,Object ele): 在 index 位置插入 ele 元素 list.add(1,"西瓜"); System.out.println("list="+list); // addAll(int index,Collection els):从 index 位置开始将 els 中的所有元素添加进来 List list2 = new ArrayList(); list2.add("足球"); list2.add("篮球"); list.addAll(0,list2); System.out.println("list="+list); // Object get(int index):获取指定 index 位置的元素 System.out.println(list.get(0)); // int indexOf(Object obj):返回 obj 在集合中首次出现的位置 System.out.println(list.indexOf("足球")); // int lastIndexOf(Object obj):返回 obj 在集合中末次出现的位置 System.out.println(list.lastIndexOf("篮球")); // Object remove(int index):移除指定 index 位置的元素，并返回此元素 System.out.println(list.remove(0)); // Object set(int index,Object obj):设定指定 index 位置的元素为 obj,相当于是替换 list.set(2,"美女"); System.out.println("list="+list); // List subList(int fromIndex,int toIndex):返回从 fromIndex 到 toIndex 位置的子集合，左闭右开 List list3 = list.subList(2,3); System.out.println("list3="+list3); } } 3.4 排序方法 // 按照 Book 类的 price 属性从小到大排序 public static void sort(List list){ int size = list.size(); for(int i=0;i<size-1;i++){ for(int j=0;j<list.size()-1-i;j++){ Book b1 = (Book)list.get(j); Book b2 = (Book)list.get(j+1); if(b1.getPrice()> b2.getPrice()){ list.set(j,b2); list.set(j+1,b1); } } } } 四、ArrayList 4.1 特点

ArrayList 可以添加 null，并且可以存储多个。底层是由数组来实现数据存储的，ArrayList 基本等同于 Vector，但是 ArrayList 是线程不安全的。

ArrayList 中维护了一个 Object 类型的数组 elementData，如下：

// transient 表示该属性不会被序列化 transient Object [] elementData 4.2 无参扩容分析

当创建 ArrayList 对象时，如果使用的是无参的构造器，则初始化 elementData 容量为 0，第一次添加元素的时候，elementData 会扩容为 10，如需要再次扩容，则扩容 elementData 为 1.5 倍。

public class ArrayListTest { public static void main(String[] args) { // 使用无参构造器创建 ArrayList 对象 // 创建一个容量为 0 的 elementData 数组 ArrayList list = new ArrayList(); for(int i=1;i<=10;i++){ // add() 方法：先判断是否需要扩容，然后再执行赋值 // 如果进行扩容，则第一次扩容为10，第二次即以后按照 1.5 倍扩容 list.add(i); } for(int i=11;i<=15;i++) { // 此时要进行第二次扩容为： 10+10/2 = 15 list.add(i); } // 此时要进行第三次扩容为： 15+15/2=22 list.add(100); list.add(200); list.add(null); } } 4.3 有参扩容分析

如果使用的是指定大小的构造器，则初始 elementData 容量为指定大小，如果需要扩容，则直接扩容 elementData 为 1.5 倍。

public class ArrayListTest2 { public static void main(String[] args) { // 使用有参构造器创建 ArrayList 对象 // 创建一个容量为 8 的 elementData 数组 ArrayList list = new ArrayList(8); for(int i=1;i<=10;i++){ // add() 方法：先判断是否需要扩容，然后再执行赋值 // 当 i=9 的时候需要进行扩容，此时按照 1.5 倍扩容：8+8/2 = 12 list.add(i); } for(int i=11;i<=15;i++) { // 当 i=13 的时候，此时要进行第二次扩容为： 12+12/2 = 18 list.add(i); } list.add(100); list.add(200); list.add(null); } } 五、Vector 5.1 特点

Vector 底层也是一个对象数组，它是线程安全，Vector 类的操作方法带有 synchronized 关键字修饰。当涉及到线程安全时，可以使用 Vector。

5.2 无参扩容分析

当创建 Vector 对象时，如果使用的是无参的构造器，则初始化 elementData 容量为 10，满了之后，扩容为 elementData 2 倍。

public class VectorTest { public static void main(String[] args) { // 使用无参构造器创建 Vector 对象 // new Vector() 时会创建一个容量为 10 的 elementData 数组 Vector list = new Vector(); for(int i=1;i<=10;i++){ // add() 方法：先判断是否需要扩容，然后再执行赋值 list.add(i); } // 此时要进行第二次扩容为： 10+10=20 list.add(100); } } 5.3 有参扩容分析

如果使用的是指定大小的构造器，则初始 elementData 容量为指定大小，满了之后，扩容为 elementData 2 倍。

public class VectorTest { public static void main(String[] args) { // 使用有参构造器创建 Vector 对象 // new Vector() 时会创建一个容量为 7 的 elementData 数组 Vector list = new Vector(7); for(int i=1;i<=10;i++){ // add() 方法：先判断是否需要扩容，然后再执行赋值 // 当 i=8 的时候需要进行第一次扩容，容量为：7+7= 14 list.add(i); } list.add(100); } } 六、LinkedList 6.1 特点

LinkedList 底层实现了双向链表和双端队列的特点，可以添加任意元素，包括 null，线程不安全，没有实现同步。

6.2 底层结构

1、LinkedList 底层维护了一个双向链表。

2、LinkedList 中维护了两个属性 first 和 last 分别指向首节点和尾节点。

3、每个节点（Node 对象），里面又维护了 prev、next、item 三个属性，其中通过 prev 指向前一个，通过 next 指向后一个节点。最终实现双向链表。

4、所以 LinkedList 的元素的添加和删除不是通过数组完成的，相对来说效率较高。

6.3 LinkedList 和 ArrayList 比较底层结构增删的效率改查的效率ArrayList可变数组较低，数组扩容较高LinkedList双向链表较高，通过链表追加较低

如何选择 ArrayList 和 LinkedList :

1、如果我们增删的操作多，选择 LinkedList

2、如果我们改查的操作多，选择 ArrayList

3、一般来说，在程序中，80% 到 90% 都是查询，因此大部分情况下会选择 ArrayList

4、在一个项目中，根据业务灵活选择，有可能是一个模块使用的是 ArrayList，另外一个模块是 LinkedList。也就是说，要根据业务来进行选择