Java集合类的学习（三）——List

1.3         List

1.3.1        概述

前面我们讲述的Collection接口实际上并没有直接的实现类。而List是容器的一种，表示列表的意思。当我们不知道存储的数据有多少的情况，我们就可以使用List 来完成存储数据的工作。例如前面提到的一种场景。我们想要在保存一个应用系统当前的在线用户的信息。我们就可以使用一个List来存储。因为List的最大的特点就是能够自动的根据插入的数据量来动态改变容器的大小。下面我们先看看List接口的一些常用方法。

1.3.2         常用方法

List 就是列表的意思，它是Collection 的一种，即继承了 Collection 接口，以定义一个允许重复项的有序集合。该接口不但能够对列表的一部分进行处理，还添加了面向位置的操作。List 是按对象的进入顺序进行保存对象，而不做排序或编辑操作。它除了拥有Collection接口的所有的方法外还拥有一些其他的方法。

面向位置的操作包括插入某个元素或 Collection 的功能，还包括获取、除去或更改元素的功能。在 List 中搜索元素可以从列表的头部或尾部开始，如果找到元素，还将报告元素所在的位置。

u       void add(int index, Object element) ：添加对象element到位置index上

u       boolean addAll(int index, Collection collection) ：在index位置后添加容器collection中所有的元素

u       Object get(int index) ：取出下标为index的位置的元素

u       int indexOf(Object element) ：查找对象element 在List中第一次出现的位置

u       int lastIndexOf(Object element) ：查找对象element 在List中最后出现的位置

u       Object remove(int index) ：删除index位置上的元素

u       Object set(int index, Object element) ：将index位置上的对象替换为element 并返回老的元素。

先看一下下面表格：

 

	简述	实现	操作特性	成员要求
List	提供基于索引的对成员的随机访问	ArrayList	提供快速的基于索引的成员访问，对尾部成员的增加和删除支持较好	成员可为任意Object子类的对象
		LinkedList	对列表中任何位置的成员的增加和删除支持较好，但对基于索引的成员访问支持性能较差	成员可为任意Object子类的对象

在“集合框架”中有两种常规的 List 实现：ArrayList 和 LinkedList。使用两种 List 实现的哪一种取决于您特定的需要。如果要支持随机访问，而不必在除尾部的任何位置插入或除去元素，那么，ArrayList 提供了可选的集合。但如果，您要频繁的从列表的中间位置添加和除去元素，而只要顺序的访问列表元素，那么，LinkedList 实现更好。

我们以ArrayList 为例，先看一个简单的例子：

例子中，我们把12个月份存放到ArrayList 中，然后用一个循环，并使用get（）方法将列表中的对象都取出来。

而LinkedList 添加了一些处理列表两端元素的方法（下图只显示了新方法）：

使用这些新方法，您就可以轻松的把 LinkedList 当作一个堆栈、队列或其它面向端点的数据结构。

我们再来看另外一个使用LinkedList 来实现一个简单的队列的例子：

import java.util.*;

 

public class ListExample {

  public static void main(String args[]) {

    LinkedList queue = new LinkedList();

    queue.addFirst("Bernadine");

    queue.addFirst("Elizabeth");

    queue.addFirst("Gene");

    queue.addFirst("Elizabeth");

    queue.addFirst("Clara");

    System.out.println(queue);

    queue.removeLast();

    queue.removeLast();

    System.out.println(queue);

  }

}

运行程序产生了以下输出。请注意，与 Set 不同的是 List 允许重复。

[Clara, Elizabeth, Gene, Elizabeth, Bernadine]

[Clara, Elizabeth, Gene]

该的程序演示了具体 List 类的使用。第一部分，创建一个由 ArrayList 支持的 List。填充完列表以后，特定条目就得到了。示例的 LinkedList 部分把 LinkedList 当作一个队列，从队列头部添加东西，从尾部除去。

List 接口不但以位置友好的方式遍历整个列表，还能处理集合的子集：

u       ListIterator listIterator() ：返回一个ListIterator 跌代器，默认开始位置为０

u       ListIterator listIterator(int startIndex) ：返回一个ListIterator 跌代器，开始位置为startIndex 

u       List subList(int fromIndex, int toIndex) ：返回一个子列表List ,元素存放为从 fromIndex 到toIndex之前的一个元素。

处理 subList() 时，位于 fromIndex 的元素在子列表中，而位于 toIndex 的元素则不是，提醒这一点很重要。以下 for-loop 测试案例大致反映了这一点：

for (int i=fromIndex; i<toIndex; i++) {

  // process element at position i

}

此外，我们还应该提醒的是：对子列表的更改（如 add()、remove() 和 set() 调用）对底层 List 也有影响。

ListIterator 接口 

ListIterator 接口继承 Iterator 接口以支持添加或更改底层集合中的元素，还支持双向访问。

以下源代码演示了列表中的反向循环。请注意 ListIterator 最初位于列表尾之后（list.size()），因为第一个元素的下标是0。

List list = ...;

ListIterator iterator = list.listIterator(list.size());

while (iterator.hasPrevious()) {

  Object element = iterator.previous();

  // Process element

}

正常情况下，不用 ListIterator 改变某次遍历集合元素的方向 — 向前或者向后。虽然在技术上可能实现时，但在 previous() 后立刻调用 next()，返回的是同一个元素。把调用 next() 和 previous() 的顺序颠倒一下，结果相同。

我们看一个List的例子：

import java.util.*;

 

public class ListIteratorTest {

public static void main(String[] args) {

List list = new ArrayList();

list.add("aaa");

list.add("bbb");

list.add("ccc");

list.add("ddd");

System.out.println("下标0开始："+list.listIterator(0).next());//next()

System.out.println("下标1开始:"+list.listIterator(1).next());

System.out.println("子List 1-3:"+list.subList(1,3));//子列表

ListIterator it = list.listIterator();//默认从下标0开始

//隐式光标属性add操作 ,插入到当前的下标的前面

it.add("sss");

while(it.hasNext()){

System.out.println("next Index="+it.nextIndex()+",Object="+it.next());

}

//set属性

ListIterator it1 = list.listIterator();

it1.next();

it1.set("ooo");

ListIterator it2 = list.listIterator(list.size());//下标

while(it2.hasPrevious()){

System.out.println("previous Index="+it2.previousIndex()+",Object="+it2.previous());

}

}

}

程序的执行结果为：

下标0开始：aaa

下标1开始:bbb

子List 1-3:[bbb, ccc]

next Index=1,Object=aaa

next Index=2,Object=bbb

next Index=3,Object=ccc

next Index=4,Object=ddd

previous Index=4,Object=ddd

previous Index=3,Object=ccc

previous Index=2,Object=bbb

previous Index=1,Object=aaa

previous Index=0,Object=ooo

我们还需要稍微再解释一下 add() 操作。添加一个元素会导致新元素立刻被添加到隐式光标的前面。因此，添加元素后调用 previous() 会返回新元素，而调用 next() 则不起作用，返回添加操作之前的下一个元素。下标的显示方式，如下图所示：

对于List 的基本用法我们学会了，下面我们来进一步了解一下List的实现原理，以便价升我们对于集合的理解。

1.3.3         实现原理

前面已经提了一下Collection的实现基础都是基于数组的。下面我们就已ArrayList 为例，简单分析一下ArrayList 列表的实现方式。首先，先看下它的构造函数。

下列表格是在SUN提供的API中的描述：

 

ArrayList()           Constructs an empty list with an initial capacity of ten.

ArrayList(Collection c)           Constructs a list containing the elements of the specified collection, in the order they are returned by the collection's iterator.

ArrayList(int initialCapacity)           Constructs an empty list with the specified initial capacity.

其中第一个构造函数ArrayList()和第二构造函数ArrayList(Collection c) 是按照Collection 接口文档所述，所应该提供两个构造函数，一个无参数，一个接受另一个 Collection。

第3个构造函数：

ArrayList(int initialCapacity) 是ArrayList实现的比较重要的构造函数，虽然，我们不常用它，但是某认的构造函数正是调用的该带参数：initialCapacity 的构造函数来实现的。 其中参数：initialCapacity 表示我们构造的这个ArrayList列表的初始化容量是多大。如果调用默认的构造函数，则表示默认调用该参数为initialCapacity =10 的方式，来进行构建一个ArrayList列表对象。

为了更好的理解这个initialCapacity 参数的概念，我们先看看ArrayList在Sun 提供的源码中的实现方式。先看一下它的属性有哪些：

ArrayList 继承了AbstractList 我们主要看看ArrayList中的属性就可以了。

ArrayList中主要包含2个属性：

u       private transient Object elementData[];

u       private int size;

其中数组:：elementData[] 是列表的实现核心属性：数组。 我们使用该数组来进行存放集合中的数据。而我们的初始化参数就是该数组构建时候的长度，即该数组的length属性就是initialCapacity 参数。

Keys：transient 表示被修饰的属性不是对象持久状态的一部分，不会自动的序列化。

第2个属性：size表示列表中真实数据的存放个数。

我们再来看一下ArrayList的构造函数,加深一下ArrayList是基于数组的理解。

从源码中可以看到默认的构造函数调用的就是带参数的构造函数：  

public ArrayList(int initialCapacity)

不过参数initialCapacity＝10　。

我们主要看ArrayList(int initialCapacity)　这个构造函数。可以看到：

this.elementData = new Object[initialCapacity];

我们就是使用的initialCapacity这个参数来创建一个Object数组。而我们所有的往该集合对象中存放的数据，就是存放到了这个Object数组中去了。

我们在看看另外一个构造函数的源码：

这里，我们先看size() 方法的实现形式。它的作用即是返回size属性值的大小。然后我们再看另外一个构造函数public ArrayList(Collection c)　，该构造函数的作用是把另外一个容器对象中的元素存放到当前的List 对象中。

可以看到，首先，我们是通过调用另外一个容器对象C 的方法size()来设置当前的List对象的size属性的长度大小。

接下来，就是对elementData　数组进行初始化，初始化的大小为原先容器大小的1.1倍。最后，就是通过使用容器接口中的Object[] toArray(Object[] a)　方法来把当前容器中的对象都存放到新的数组elementData　中。这样就完成了一个ArrayList 的建立。

可能大家会存在一个问题，那就是，我们建立的这个ArrayList　是使用数组来实现的，但是数组的长度一旦被定下来，就不能改变了。而我们在给ArrayList对象中添加元素的时候，却没有长度限制。这个时候，ArrayList　中的elementData　属性就必须存在一个需要动态的扩充容量的机制。我们看下面的代码，它描述了这个扩充机制： 

这个方法的作用就是用来判断当前的数组是否需要扩容，应该扩容多少。其中属性：modCount是继承自父类，它表示当前的对象对elementData数组进行了多少次扩容，清空，移除等操作。该属性相当于是一个对于当前List 对象的一个操作记录日志号。　我们主要看下面的代码实现：

1.      首先得到当前elementData　属性的长度oldCapacity。

2.      然后通过判断oldCapacity和minCapacity参数谁大来决定是否需要扩容

n         如果minCapacity大于oldCapacity，那么我们就对当前的List对象进行扩容。扩容的的策略为：取(oldCapacity * 3)/2 + 1和minCapacity之间更大的那个。然后使用数组拷贝的方法，把以前存放的数据转移到新的数组对象中

n         如果minCapacity不大于oldCapacity那么就不进行扩容。

下面我们看看上的那个ensureCapacity方法的是如何使用的:

上的两个ａｄｄ方法都是往List 中添加元素。每次在添加元素的时候，我们就需要判断一下，是否需要对于当前的数组进行扩容。

我们主要看看  public boolean add(Object o)方法，可以发现在添加一个元素到容器中的时候，首先我们会判断是否需要扩容。因为只增加一个元素，所以扩容的大小判断也就为当前的size+1来进行判断。然后，就把新添加的元素放到数组elementData中。

第二个方法public boolean addAll(Collection c)也是同样的原理。将新的元素放到elementData数组之后。同时改变当前List 对象的size属性。

类似的List 中的其他的方法也都是基于数组进行操作的。大家有兴趣可以看看源码中的更多的实现方式。

最后我们再看看如何判断在集合中是否已经存在某一个对象的：

由源码中我们可以看到，public boolean contains(Object elem)方法是通过调用public int indexOf(Object elem)方法来判断是否在集合中存在某个对象elem。我们看看indexOf方法的具体实现。

u       首先我们判断一下elem　对象是否为null，如果为null的话，那么遍历数组elementData　把第一个出现null的位置返回。

u       如果elem不为null 的话，我们也是遍历数组elementData　，并通过调用elem对象的equals()方法来得到第一个相等的元素的位置。

这里我们可以发现，ArrayList中用来判断是否包含一个对象，调用的是各个对象自己实现的equals()方法。在前面的高级特性里面，我们可以知道：如果要判断一个类的一个实例对象是否等于另外一个对象，那么我们就需要自己覆写Object类的public boolean equals(Object obj) 方法。如果不覆写该方法的话，那么就会调用Object的equals()方法来进行判断。这就相当于比较两个对象的内存应用地址是否相等了。

在集合框架中，不仅仅是List，所有的集合类，如果需要判断里面是否存放了的某个对象，都是调用该对象的equals()方法来进行处理的。