Java List集合:ArrayList和LinkedList类的用法及区别

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List 是一个有序、可重复的集合,集合中每个元素都有其对应的顺序索引。List 集合允许使用重复元素,可以通过索引来访问指定位置的集合元素。List 集合默认按元素的添加顺序设置元素的索引,第一个添加到 List 集合中的元素的索引为 0,第二个为 1,依此类推。

List 实现了 Collection 接口,它主要有两个常用的实现类:ArrayList 类和 LinkedList 类

ArrayList 类

ArrayList 类实现了可变数组的大小,存储在内的数据称为元素。它还提供了快速基于索引访问元素的方式,对尾部成员的增加和删除支持较好。使用 ArrayList 创建的集合,允许对集合中的元素进行快速的随机访问,不过,向 ArrayList 中插入与删除元素的速度相对较慢。

ArrayList 类的常用构造方法有如下两种重载形式:
  • ArrayList():构造一个初始容量为 10 的空列表。
  • ArrayList(Collection<?extends E>c):构造一个包含指定 Collection 元素的列表,这些元素是按照该 Collection 的迭代器返回它们的顺序排列的。

ArrayList 类除了包含 Collection 接口中的所有方法之外,还包括 List 接口中提供的如表 1 所示的方法。

表 1 ArrayList类的常用方法
方法名称 说明
E get(int index) 获取此集合中指定索引位置的元素,E 为集合中元素的数据类型
int index(Object o) 返回此集合中第一次出现指定元素的索引,如果此集合不包含该元
素,则返回 -1
int lastIndexOf(Object o) 返回此集合中最后一次出现指定元素的索引,如果此集合不包含该
元素,则返回 -1
E set(int index, Eelement) 将此集合中指定索引位置的元素修改为 element 参数指定的对象。
此方法返回此集合中指定索引位置的原元素
List<E> subList(int fromlndex, int tolndex) 返回一个新的集合,新集合中包含 fromlndex 和 tolndex 索引之间
的所有元素。包含 fromlndex 处的元素,不包含 tolndex 索引处的
元素

注意:当调用 List 的 set(int index, Object element) 方法来改变 List 集合指定索引处的元素时,指定的索引必须是 List 集合的有效索引。例如集合长度为 4,就不能指定替换索引为 4 处的元素,也就是说这个方法不会改变 List 集合的长度。

例 1

使用 ArrayList 类向集合中添加三个商品信息,包括商品编号、名称和价格,然后遍历集合输出这些商品信息。

1)创建一个商品类 Product,在该类中定义 3 个属性和 toString() 方法,分别实现 setter/getter 方法。代码的实现如下:
public class Product {
    // 商品类
    private int id; // 商品编号
    private String name; // 名称
    private float price; // 价格

    public Product(int id, String name, float price) {
        this.name = name;
        this.id = id;
        this.price = price;
    }

    // 这里是上面3个属性的setter/getter方法,这里省略
    public String toString() {
        return "商品编号:" + id + ",名称:" + name + ",价格:" + price;
    }
}
2)创建一个测试类,调用 Product 类的构造函数实例化三个对象,并将 Product 对象保存至 ArrayList 集合中。最后遍历该集合,输出商品信息。测试类的代码实现如下:
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Product pd1 = new Product(4, "木糖醇", 10);
        Product pd2 = new Product(5, "洗发水", 12);
        Product pd3 = new Product(3, "热水壶", 49);
        List list = new ArrayList(); // 创建集合
        list.add(pd1);
        list.add(pd2);
        list.add(pd3);
        System.out.println("*************** 商品信息 ***************");
        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
            // 循环遍历集合,输出集合元素
            Product product = (Product) list.get(i);
            System.out.println(product);
        }
    }
}
该示例中的 ArrayList 集合中存放的是自定义类 Product 的对象,这与存储的 String 类的对象是相同的。与 Set 不同的是,List 集合中存在 get() 方法,该方法可以通过索引来获取所对应的值,获取的值为 Object 类,因此需要将该值转换为 Product 类,从而获取商品信息。

该程序的运行结果如下所示。
*************** 商品信息 ***************
商品编号:4,名称:木糖醇,价格:10.0
商品编号:5,名称:洗发水,价格:12.0
商品编号:3,名称:热水壶,价格:49.0

例 2

在使用 List 集合时需要注意区分 indexOf() 方法和 lastIndexOf() 方法。前者是获得指定对象的最小索引位置,而后者是获得指定对象的最大索引位置。前提条件是指定的对象在 List 集合中有重复的对象,否则这两个方法获取的索引值相同。

下面的案例代码演示了 indexOf() 方法和 lastIndexOf() 方法的区别。
public static void main(String[] args) {
    List list = new ArrayList();
    list.add("One");
    list.add("|");
    list.add("Two");
    list.add("|");
    list.add("Three");
    list.add("|");
    list.add("Four");
    System.out.println("list 集合中的元素数量:" + list.size());
    System.out.println("list 集合中的元素如下:");
    Iterator it = list.iterator();
    while (it.hasNext()) {
        System.out.print(it.next() + "、");
    }
    System.out.println("\n在 list 集合中'丨'第一次出现的位置是:" + list.indexOf("|"));
    System.out.println("在 list 集合中'丨'最后一次出现的位置是:" + list.lastIndexOf("|"));
}
上述代码创建一个 List 集合 list,然后添加了 7 个元素,由于索引从 0 开始,所以最后一个元素的索引为 6。输出结果如下:
list 集合中的元素数量:7
list 集合中的元素如下:
One、|、Two、|、Three、|、Four、
在 list 集合中'|'第一次出现的位置是:1
在 list 集合中'|'最后一次出现的位置是:5

例 3

使用 subList() 方法截取 List 集合中部分元素时要注意,新的集合中包含起始索引位置的元素,但是不包含结束索引位置的元素。例如,subList(1,4) 方法实际截取的是索引 1 到索引 3 的元素,并组成新的 List 集合。

下面的案例代码演示了 subList() 方法的具体用法。
public static void main(String[] args) {
    List list = new ArrayList();
    list.add("One");
    list.add("Two");
    list.add("Three");
    list.add("Four");
    list.add("Five");
    list.add("Six");
    list.add("Seven");
    System.out.println("list 集合中的元素数量:" + list.size());
    System.out.println("list 集合中的元素如下:");
    Iterator it = list.iterator();
    while (it.hasNext()) {
        System.out.print(it.next() + "、");
    }
    List sublist = new ArrayList();
    sublist = list.subList(2, 5); // 从list集合中截取索引2~5的元素,保存到sublist集合中
    System.out.println("\nsublist 集合中元素数量:" + sublist.size());
    System.out.println("sublist 集合中的元素如下:");
    it = sublist.iterator();
    while (it.hasNext()) {
        System.out.print(it.next() + "、");
    }
}
输出结果如下:
list 集合中的元素数量:7
list 集合中的元素如下:
One、Two、Three、Four、Five、Six、Seven、
sublist 集合中元素数量:3
sublist 集合中的元素如下:
Three、Four、Five、

LinkedList类

LinkedList 类采用链表结构保存对象,这种结构的优点是便于向集合中插入或者删除元素。需要频繁向集合中插入和删除元素时,使用 LinkedList 类比 ArrayList 类效果高,但是 LinkedList 类随机访问元素的速度则相对较慢。这里的随机访问是指检索集合中特定索引位置的元素。

LinkedList 类除了包含 Collection 接口和 List 接口中的所有方法之外,还特别提供了表 2 所示的方法。

表 2 LinkList类中的方法
方法名称 说明
void addFirst(E e) 将指定元素添加到此集合的开头
void addLast(E e) 将指定元素添加到此集合的末尾
E getFirst() 返回此集合的第一个元素
E getLast() 返回此集合的最后一个元素
E removeFirst() 删除此集合中的第一个元素
E removeLast() 删除此集合中的最后一个元素

例 4

在仓库管理系统中要记录入库的商品名称,并且需要输出第一个录入的商品名称和最后—个商品名称。下面使用 LinkedList 集合来完成这些功能,实现代码如下:
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedList<String> products = new LinkedList<String>(); // 创建集合对象
        String p1 = new String("六角螺母");
        String p2 = new String("10A 电缆线");
        String p3 = new String("5M 卷尺");
        String p4 = new String("4CM 原木方板");
        products.add(p1); // 将 p1 对象添加到 LinkedList 集合中
        products.add(p2); // 将 p2 对象添加到 LinkedList 集合中
        products.add(p3); // 将 p3 对象添加到 LinkedList 集合中
        products.add(p4); // 将 p4 对象添加到 LinkedList 集合中
        String p5 = new String("标准文件夹小柜");
        products.addLast(p5); // 向集合的末尾添加p5对象
        System.out.print("*************** 商品信息 ***************");
        System.out.println("\n目前商品有:");
        for (int i = 0; i < products.size(); i++) {
            System.out.print(products.get(i) + "\t");
        }
        System.out.println("\n第一个商品的名称为:" + products.getFirst());
        System.out.println("最后一个商品的名称为:" + products.getLast());
        products.removeLast(); // 删除最后一个元素
        System.out.println("删除最后的元素,目前商品有:");
        for (int i = 0; i < products.size(); i++) {
            System.out.print(products.get(i) + "\t");
        }
    }
}
如上述代码,首先创建了 5 个 String 对象,分别为 p1、p2、p3、p4 和 p5。同时将 p1、 p2、p3 和 p4 对象使用 add() 方法添加到 LinkedList 集合中,使用 addLast() 方法将 p5 对象添加到 LinkedList 集合中。分别调用 LinkedList 类中的 getFirst() 方法和 getLast() 方法获取第一个和最后一个商品名称。最后使用 removeLast() 方法将最后一个商品信息删除,并将剩余商品信息打印出来。

LinkedList<String> 中的 <String> 是 Java 中的泛型,用于指定集合中元素的数据类型,例如这里指定元素类型为 String,则该集合中不能添加非 String 类型的元素。

运行程序,执行结果如下:
*************** 商品信息 ***************
目前商品有:
六角螺母    10A 电缆线    5M 卷尺    4CM 原木方板    标准文件夹小柜   
第一个商品的名称为:六角螺母
最后一个商品的名称为:标准文件夹小柜
删除最后的元素,目前商品有:
六角螺母    10A 电缆线    5M 卷尺    4CM 原木方板

ArrayList 类和 LinkedList 类的区别

ArrayList 与 LinkedList 都是 List 接口的实现类,因此都实现了 List 的所有未实现的方法,只是实现的方式有所不同。

ArrayList 是基于动态数组数据结构的实现,访问元素速度优于 LinkedList。LinkedList 是基于链表数据结构的实现,占用的内存空间比较大,但在批量插入或删除数据时优于 ArrayList。

对于快速访问对象的需求,使用 ArrayList 实现执行效率上会比较好。需要频繁向集合中插入和删除元素时,使用 LinkedList 类比 ArrayList 类效果高。

不同的结构对应于不同的算法,有的考虑节省占用空间,有的考虑提高运行效率,对于程序员而言,它们就像是“熊掌”和“鱼肉”,不可兼得。高运行速度往往是以牺牲空间为代价的,而节省占用空间往往是以牺牲运行速度为代价的。
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