Java单列集合——List

目录

1. 集合的分类

2. 集合的家族体系

3. 不同集合的特点

4. 集合的通用方法及源码分析

5. 遍历集合的三种方式

5.1 第一种方式，迭代器遍历

5.2 第二种方式，增强for循环

5.3 第三种方式：lambda表达式遍历

6. List集合的特殊方法

7. ArrayList集合详解

8. LinkedList集合详解

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Java中的集合是一个庞大的家族，而其中集合主要非为两类

1. 集合的分类

第一类：Collection 单列集合，一次只能存取一个元素。

第二类：Map 双列集合，一次存取两个元素，以 K，V方式存取数据。

2. 集合的家族体系

第一类Collection集合家族图如下图所示：

 其中红色的是接口，蓝色的是实现类。

从图中可以看出，Collection 又分为两类，分别是List和Set，在这里就需要说一下List集合和Set集合有什么区别了。

3. 不同集合的特点

List集合的特点：添加的元素 有序，可重复，有索引。这里有序是指的是存和取是有序的，而不是指从大到小排序，可重复也很好理解，就是允许有相同元素出现，有索引是指每个元素都有对应的索引，我们可以通过索引获取指定位置的数据。

Set集合的特点：添加的元素 无序，不可重复，无索引。这里的无序是指存入的顺序和取出的顺序有可能是不一样的，不可重复就是指不能有相同的元素出现，如果要添加的元素Set中已经存在的话，会添加失败，无索引就是说不能根据索引找到指定位置的元素。

4. 集合的通用方法及源码分析

我们接下来先说Collection集合，Collection集合是单列集合的祖宗接口，它的功能单列集合都可以继承使用，如下图所示：

在这里有几点要注意：

（1）如果创建的是Collection类型对象，remove()方法只能使用对象的方式进行删除，因为通过索引删除只能使用有序集合List时才可以使用，在无序集合Set时不可使用，添加同理。

（2）contains()方法其实底层调用的是equals()作比较，我们看contains()方法的源码即可得知，如下图所示：

 

首先contains()方法调用了indexOf()方法

 

然后indexOf()方法又调用了indexOfRange()方法

从indexOfRange()方法体中可以看出，判断集合中是否包含某个元素，是采用for循环将集合中的所有元素都拿出来，挨个使用equals()作比较。这里也是面试官可能会问到一个小细节要格外注意

在这里我就要多提一句，如果集合中存放的是String类型，无需做什么，如果存放的是自定义类型例如某个类的对象，那么一定要在该类中重写equals()方法，因为如果不在自定义类中重写equals()方法，那么就会采用默认的比较内存地址，我们都知道，每个对象的内存地址都不一样，所以就算我们两个对象存放的内容一样，程序也会认为它们时不相等的；如果我们重写了 equals()方法，我们再去进行 for 循环遍历作比较，比较的就会使内容而不是内存地址，程序就会知道他们是相等，就能得到我们想要的结果。若不重写 equals() 方法，就无法得到我们想要的结果。

（3）判断集合是否为空的方法，其实底层是去判断数组的长度是否为空。

5. 遍历集合的三种方式

此外，Collection集合有三种遍历方式

第一种：迭代器遍历

第二种：增强for遍历

第三种：Lambda表达式遍历

5.1 迭代器遍历

使用迭代器遍历，首先要获取到迭代器，如下代码所示

 第一行代码，我们可以理解成创建指针，这个指针默认指向集合0索引的位置。

第二行代码，判断当前位置是否有元素。

第三行代码，创建对应类型的参数变量接受当前元素，这里是string类型。

第四行代码，打印输出获取到的元素。

上述操作只获取到了一个元素，入股我们要获取集合中的所有元素该怎么做呢？

很简单，只要在外边套一层while循环即可，如下图所示：

可以看出while循环，当it.hasNext() = false时，循环结束，当集合中没有元素时，刚好it.hasNext() = false,遍历完成。

这里有几个细节点需要注意：

1. 如果已经遍历结束，让想继续获取，会爆出NoSuchElementException异常。

2. 在遍历结束后，指针不会恢复到默认位置。

3. 循环中只能使用一次next()方法。

4. 迭代器遍历时，不能用集合的方法进行增加或者删除。

5.2 第二种方式，增强for循环

1. 增强for循环底层就是迭代器，为了简化迭代器的代码书写。

2. 所有的单列集合和数组才可以使用增强for进行遍历。

增强for循环书写格式如下：

代码举例如下：

5.3 第三种方式：lambda表达式遍历

lambda表达式利用匿名内部类的形式，他的底层原理其实也是采用了for循环遍历，得到集合中的每一个元素。

lambda表达式的格式为  （）-> {} 其中（）中代表的是匿名内部类的形参列表，{}中代表的是内部类的方法体。

书写格式如下：

 参数类型可以省略，若参数只有一个，(s)外边的小括号可以省略，若方法体只有一行，外边的大括号{}可以省略，化简之后就可以写成

coll.forEach(s -> System.out.println(s));

6. List集合的特殊方法

OK,上面我们说完了Collection集合之后，我们再来说一说List集合，因为List是Collection的子接口，所以Collection接口中的方法List中都有，此外，因为List集合有索引，所以多了很多关于索引的方法，如下所示：

在这里关于remove()方法有一个点需要注意一下，如下图所示：

 可以看到此时集合中有三个元素，分别是1，2，3；这时如果我调用remove(1)，会发生什么现象呢？各位认为这个方式是会删除元素为1的元素呢？，还是会删除索引为1的元素呢？

答案是会删除索引为1的元素，这里要知道，在Java中，如果调用方法发生了重载，那么会优先调用实参跟形参类型一样的方法。因为传入的1是int类型，而根据索引删除也是int类型，根据元素内容删除是Object类型，所以会优先调用根据索引删除的方法；如果想根据元素类型删除，那么就需要把1先装箱成Integer类型，这样就会调用根据元素内容删除的方法。

List集合的遍历方式有五种，除了Collection中的三种之外，还有普通for循环遍历和列表迭代器遍历，在这里普通for循环遍历就不再多说，说一下列表迭代器便利，列表迭代器和普通的迭代器差不多，但是多了几个方法，其中比较重要的就是add()和remove()，这两个方法是可以在列表迭代时添加或者删除元素。

7. ArrayList集合详解

在看这篇文章之前，相比一些小伙伴可能对ArrayList集合多多少少有些了解，听说过下面两句话。

（1）ArrayList底层是数据结构，数组默认长度为10.

（2）当数组加满了之后，会自动扩容至原来的1.5倍。

但其实，从严和意义上来讲，这两句话并不完全对，只有ArrayList底层数据结构是数组说对了，为什么是这样呢？且看我给你一一解释。

当我们使用空参的方法创建了一个数组时，在底层其实是创建了一个长度为0的数组，你没有听错，是长度为0，而不是10，底层数组的名字叫“elementData”，而且有一个变量size记录它的长度，初始size也为0。

当我们添加第一个元素的时候，底层就会创建一个新的长度为10的数组，默认初始化值都为null，如下图所示：

 当我们向集合中加入第一个元素时，size++，如下

 size这里有两层含义，第一，指当前数组中元素的个数；第二，下次要存放元素的位置。

初始时size指向0，当添加了元素 “a” 之后，size++，向后移动一位，后续添加元素同理。

 当我们的数组存满了10个元素之后，再想存入元素时，它就要进行扩容了，创建一个新的数组，为原数组长度的1.5倍，再将原数组中的数据拷贝至新数组中去。

这里要注意，还有另外一种情况，如果一次添加多个元素，扩容至1.5倍之后仍然放不下，那么创建的新数组的长度就会以实际的为准。

我们接下来一起看看源码吧！

 上图就是Java中ArrayList集合的空参构造方法，只有一行代码，我们点进elementData跟进，

 可以看到，这里面可以看到，Java底层中ArrayList的名字就叫elementData，我们再看看是谁赋值给了elementData，如下

 还定义了size，初始化值为0。

 所以我们可以得出结论，当我们使用空参构造创建ArrayList数组时，底层创建了一个长度为0而且名字为elementData的数组。

我们来看ArrayList数组的 add() 方法的源码，如下：

 首先add里面又调用了重载调用了另一个add()方法，如下

 这个add()方法里面做了判断，判断是否需要扩容，需要扩容调用了grow()方法，方法源码如下

这个grow()方法又调用了有参grow()方法，源码如下

这个grow()方法里面点用了newLength()方法去创建一个新的数组

 经过层层方法，最终会得到新的扩容后的数组的长度并进行返回，以上就是关于ArrayList集合的扩容全过程。

8. LinkedList集合详解

LinkedList集合它的底层数据结构是双向链表，链表最显著的特点就是查询慢，增删快；但是如果查询的是首尾元素，查询效率也很快。

 

 当然了，因为它是链表，所以也添加了特有的API，如下图所示：

 在看LinkenList源码之前，我们先来看一个它的内部类

 其中Node表示链表中的一个个节点，item表示要存的元素，next表示下一个结点的位置，prev表示上一个结点的位置。

而且LinkedList类内部还维护了三个变量，

size指链表的长度；

first指链表的头节点；

last指链表的尾节点。

 链表添加元素调用方法如下图，当添加第一个元素时，first和last都会指向添加的元素；而当添加第二个元素时，first仍会指向第一个元素，而last会指向第二个元素，然后第一个元素和第二个元素互相指向；后续添加元素同理。