java集合Collection之List
一、前导
1.集合比数组的优势
┌───┬───┬───┬───┬───┬───┐
│ A │ B │ C │ D │ E │ │
└───┴───┴───┴───┴───┴───┘
│ │
┌───┘ │
│ ┌───┘
│ │
▼ ▼
┌───┬───┬───┬───┬───┬───┐
│ A │ B │ D │ E │ │ │
如上图，数组增加和删除元素要移动，api操作不方便，而集合底层也是数组，把这些移动元素的操作封装了，可以直接使用。
LinkedList通过“链表”也实现了List接口。在LinkedList中，它的内部每个元素都指向下一个元素：
┌───┬───┐ ┌───┬───┐
HEAD ──> │ A │ ●─┼──> │ B │ ●─┼──>
└───┴───┘ └───┴───┘
3.比较
| ArrayList | LinkedList | |
|---|---|---|
| 获取指定元素 | 速度很快 | 需要从头开始查找元素 |
| 添加元素到末尾 | 速度很快 | 速度很快 |
| 在指定位置添加/删除 | 需要移动元素 | 不需要移动元素 |
| 内存占用 | 少 | 较大 |
二、api
我们考察List接口，可以看到几个主要的接口方法：
在末尾添加一个元素：void add(E e)
在指定索引添加一个元素：void add(int index, E e)
删除指定索引的元素：int remove(int index)
删除某个元素：int remove(Object e)
获取指定索引的元素：E get(int index)
获取链表大小（包含元素的个数）：int size()
List还提供了boolean contains(Object o)方法来判断List是否包含某个指定元素。此外，int indexOf(Object o)方法可以返回某个元素的索引，如果元素不存在，就返回-1。
public class Main {
public static void main(String[] args) {
List<String> list = List.of("A", "B", "C");
System.out.println(list.contains("C")); // true
System.out.println(list.contains("X")); // false
System.out.println(list.indexOf("C")); // 2
System.out.println(list.indexOf("X")); // -1
}
}
list容许加null
创建list：
除了使用ArrayList和LinkedList，我们还可以通过List接口提供的of()方法，根据给定元素快速创建List：
List list = List.of(1, 2, 5);
但是List.of()方法不接受null值，如果传入null，会抛出NullPointerException异常。
备注：
如果调用List的contains()、indexOf()这些方法，那么放入的元素就一定要实现equals()方法。在List中查找元素时，List的实现类通过元素的equals()方法比较两个元素是否相等，因此，放入的元素必须正确覆写equals()方法，Java标准库提供的String、Integer等已经覆写了equals()方法；
编写equals()方法可借助Objects.equals()判断。
三、遍历List
通过Iterator遍历List永远是最高效的方式。
1.普通for循环（不推荐）
public class Main {
public static void main(String[] args) {
List<String> list = List.of("apple", "pear", "banana");
for (int i=0; i<list.size(); i++) {
String s = list.get(i);
System.out.println(s);
}
}
}
备注：但这种方式并不推荐，一是代码复杂，二是因为get(int)方法只有ArrayList的实现是高效的，换成LinkedList后，索引越大，访问速度越慢。
2.迭代器（史上效率最高）
所以我们要始终坚持使用迭代器Iterator来访问List。Iterator本身也是一个对象，但它是由List的实例调用iterator()方法的时候创建的。Iterator对象知道如何遍历一个List，并且不同的List类型，返回的Iterator对象实现也是不同的，但总是具有最高的访问效率。
Iterator对象有两个方法：boolean hasNext()判断是否有下一个元素，E next()返回下一个元素。因此，使用Iterator遍历List代码如下：
public class Main {
public static void main(String[] args) {
List<String> list = List.of("apple", "pear", "banana");
for (Iterator<String> it = list.iterator(); it.hasNext(); ) {
String s = it.next();
System.out.println(s);
}
}
}
3.foreach（最常用）
有童鞋可能觉得使用Iterator访问List的代码比使用索引更复杂。但是，要记住，通过Iterator遍历List永远是最高效的方式。并且，由于Iterator遍历是如此常用，所以，Java的for each循环本身就可以帮我们使用Iterator遍历。把上面的代码再改写如下：
public class Main {
public static void main(String[] args) {
List<String> list = List.of("apple", "pear", "banana");
for (String s : list) {
System.out.println(s);
}
}
}
实际上，只要实现了Iterable接口的集合类都可以直接用for each循环来遍历，Java编译器本身并不知道如何遍历集合对象，但它会自动把for each循环变成Iterator的调用，原因就在于Iterable接口定义了一个Iterator iterator()方法，强迫集合类必须返回一个Iterator实例。
四、编写equals
List使用contains和indexOf方法时，List中元素必须覆写equals
Boolean b = Objects.equals(Object val1,Object val2);两个参数都是null的时候也相等
要正确使用List的contains()、indexOf()这些方法，放入的实例必须正确覆写equals()方法，否则，放进去的实例，查找不到。我们之所以能正常放入String、Integer这些对象，是因为Java标准库定义的这些类已经正确实现了equals()方法。
我们以Person对象为例，测试一下：
public class Main {
public static void main(String[] args) {
List<Person> list = List.of(
new Person("Xiao Ming"),
new Person("Xiao Hong"),
new Person("Bob")
);
System.out.println(list.contains(new Person("Bob"))); // false
}
}
class Person {
String name;
public Person(String name) {
this.name = name;
}
}
不出意外，虽然放入了new Person(“Bob”)，但是用另一个new Person(“Bob”)查询不到，原因就是Person类没有覆写equals()方法。
编写equals
如何正确编写equals()方法？equals()方法要求我们必须满足以下条件：
自反性（Reflexive）：对于非null的x来说，x.equals(x)必须返回true；
对称性（Symmetric）：对于非null的x和y来说，如果x.equals(y)为true，则y.equals(x)也必须为true；
传递性（Transitive）：对于非null的x、y和z来说，如果x.equals(y)为true，y.equals(z)也为true，那么x.equals(z)也必须为true；
一致性（Consistent）：对于非null的x和y来说，只要x和y状态不变，则x.equals(y)总是一致地返回true或者false；
对null的比较：即x.equals(null)永远返回false。
上述规则看上去似乎非常复杂，但其实代码实现equals()方法是很简单的，我们以Person类为例：
public class Person {
public String name;
public int age;
}
首先，我们要定义“相等”的逻辑含义。对于Person类，如果name相等，并且age相等，我们就认为两个Person实例相等。
因此，编写equals()方法如下：
public boolean equals(Object o) {
if (o instanceof Person) {
Person p = (Person) o;
return this.name.equals(p.name) && this.age == p.age;
}
return false;
}
对于引用字段比较，我们使用equals()，对于基本类型字段的比较，我们使用==。
如果this.name为null，那么equals()方法会报错，因此，需要继续改写如下：
public boolean equals(Object o) {
if (o instanceof Person) {
Person p = (Person) o;
boolean nameEquals = false;
if (this.name == null && p.name == null) {
nameEquals = true;
}
if (this.name != null) {
nameEquals = this.name.equals(p.name);
}
return nameEquals && this.age == p.age;
}
return false;
}
如果Person有好几个引用类型的字段，上面的写法就太复杂了。要简化引用类型的比较，我们使用Objects.equals()静态方法：
public boolean equals(Object o) {
if (o instanceof Person) {
Person p = (Person) o;
return Objects.equals(this.name, p.name) && this.age == p.age;
}
return false;
因此，我们总结一下equals()方法的正确编写方法：
先确定实例“相等”的逻辑，即哪些字段相等，就认为实例相等；
用instanceof判断传入的待比较的Object是不是当前类型，如果是，继续比较，否则，返回false；
对引用类型用Objects.equals()比较，对基本类型直接用==比较。
使用Objects.equals()比较两个引用类型是否相等的目的是省去了判断null的麻烦。两个引用类型都是null时它们也是相等的。
如果不调用List的contains()、indexOf()这些方法，那么放入的元素就不需要实现equals()方法
五、List转Array
一、List变Array
- Object[] toaArray();（很少用）
第一种是调用toArray()方法直接返回一个Object[]数组：
public class Main {
public static void main(String[] args) {
List<String> list = List.of("apple", "pear", "banana");
Object[] array = list.toArray();
for (Object s : array) {
System.out.println(s);
}
}
}
备注：这种方法会丢失类型信息，所以实际应用很少。
- T[] toArray(T[])
Integer[] array = list.toArray(new Integer[list.size()]);（最常用）
toArray(T[])传入一个类型相同的Array，List内部自动把元素复制到传入的Array中：
public class Main {
public static void main(String[] args) {
List<Integer> list = List.of(12, 34, 56);
Integer[] array = list.toArray(new Integer[3]);
for (Integer n : array) {
System.out.println(n);
}
}
}
注意到这个toArray(T[])方法的泛型参数并不是List接口定义的泛型参数，所以，我们实际上可以传入其他类型的数组，例如我们传入Number类型的数组，返回的仍然是Number类型：
public class Main {
public static void main(String[] args) {
List<Integer> list = List.of(12, 34, 56);
Number[] array = list.toArray(new Number[3]);
for (Number n : array) {
System.out.println(n);
}
}
}
但是，如果我们传入类型不匹配的数组，例如，String[]类型的数组，由于List的元素是Integer，所以无法放入String数组，这个方法会抛出ArrayStoreException。
如果我们传入的数组大小和List实际的元素个数不一致怎么办？根据List接口的文档，我们可以知道：
如果传入的数组不够大，那么List内部会创建一个新的刚好够大的数组，填充后返回；如果传入的数组比List元素还要多，那么填充完元素后，剩下的数组元素一律填充null。
实际上，最常用的是传入一个“恰好”大小的数组：
Integer[] array = list.toArray(new Integer[list.size()]);
3.T[] toArray(IntFunction
（骚包写法）
Integer[] array = list.toArray(Integer[]::new);
这种函数式写法我们会在后续讲到。
六、Array转List
1.Arrays.asList(T…)
对于JDK 11之前的版本，可以使用Arrays.asList(T…)方法把数组转换成List。
注意：T数组不能是int这种基本数据类型，必须是Integer这种引用数据类型。
- List List.of(T…)
通过List.of(T…)方法最简单：
Integer[] array = { 1, 2, 3 };
List list = List.of(array);
要注意的是，返回的List不一定就是ArrayList或者LinkedList，因为List只是一个接口，如果我们调用List.of()，它返回的是一个只读List：
public class Main {
public static void main(String[] args) {
List<Integer> list = List.of(12, 34, 56);
list.add(999); // UnsupportedOperationException
}
}
对只读List调用add()、remove()方法会抛出UnsupportedOperationException。