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ArrayList
1.ArrayList简介
在集合框架中，ArrayList是一个普通的类，实现了List接口，具体框架图如下：
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【说明】
1. ArrayList是以泛型方式实现的，使用时必须要先实例化
2. ArrayList实现了RandomAccess接口，表明ArrayList支持随机访问
3. ArrayList实现了Cloneable接口，表明ArrayList是可以clone的
4. ArrayList实现了Serializable接口，表明ArrayList是支持序列化的
5. 和Vector不同，ArrayList不是线程安全的，在单线程下可以使用，在多线程中可以选择Vector或者
CopyOnWriteArrayList
6. ArrayList底层是一段连续的空间，并且可以动态扩容，是一个动态类型的顺序表
2.ArrayList使用
2.1ArrayList的构造
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public static void main(String[] args) { // ArrayList创建，推荐写法 // 构造一个空的列表 List<Integer> list1 = new ArrayList<>(); // 构造一个具有10个容量的列表 List<Integer> list2 = new ArrayList<>(10); list2.add(1); list2.add(2); list2.add(3); // list2.add("hello"); // 编译失败，List<Integer>已经限定了，list2中只能存储整形元素 // list3构造好之后，与list中的元素一致 ArrayList<Integer> list3 = new ArrayList<>(list2); // 避免省略类型，否则：任意类型的元素都可以存放，使用时将是一场灾难 List list4 = new ArrayList(); list4.add("111"); list4.add(100); }
2.2ArrayList常见操作
ArrayList虽然提供的方法比较多，但是常用方法如下所示，需要用到其他方法时，同学们自行查看ArrayList的帮助文档。
| 方法 | 解释 |
boolean add(E e) |
尾插 e |
void add(int index, E element) |
将 e 插入到 index 位置 |
boolean addAll(Collection<? extends E> c) |
尾插 c 中的元素 |
E remove(int index) |
删除 index 位置元素 |
boolean remove(Object o) |
删除遇到的第一个 o |
E get(int index) |
获取下标 index 位置元素 |
E set(int index, E element) |
将下标 index 位置元素设置为 element |
void clear() |
清空 |
boolean contains(Object o) |
判断 o 是否在线性表中 |
int indexOf(Object o) |
返回第一个 o 所在下标 |
int lastIndexOf(Object o) |
返回最后一个 o 的下标 |
List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) |
截取部分 list |
public static void main(String[] args) { List<String> list = new ArrayList<>(); list.add("JavaSE"); list.add("JavaWeb"); list.add("JavaEE"); list.add("JVM"); list.add("测试课程"); System.out.println(list); // 获取list中有效元素个数 System.out.println(list.size()); // 获取和设置index位置上的元素，注意index必须介于[0, size)间 System.out.println(list.get(1)); list.set(1, "JavaWEB"); System.out.println(list.get(1)); // 在list的index位置插入指定元素，index及后续的元素统一往后搬移一个位置 list.add(1, "Java数据结构"); System.out.println(list); // 删除指定元素，找到了就删除，该元素之后的元素统一往前搬移一个位置 list.remove("JVM"); System.out.println(list); // 删除list中index位置上的元素，注意index不要超过list中有效元素个数,否则会抛出下标越界异常 list.remove(list.size()-1); System.out.println(list); // 检测list中是否包含指定元素，包含返回true，否则返回false if(list.contains("测试课程")){ list.add("测试课程"); } // 查找指定元素第一次出现的位置：indexOf从前往后找，lastIndexOf从后往前找 list.add("JavaSE"); System.out.println(list.indexOf("JavaSE")); System.out.println(list.lastIndexOf("JavaSE")); // 使用list中[0, 4)之间的元素构成一个新的SubList返回,但是和ArrayList共用一个elementData数组 List<String> ret = list.subList(0, 4); System.out.println(ret); list.clear(); System.out.println(list.size()); }
2.3ArrayList的遍历
ArrayList 可以使用三方方式遍历：for循环+下标、foreach、使用迭代器
public static void main(String[] args) { List<Integer> list = new ArrayList<>(); list.add(1); list.add(2); list.add(3); list.add(4); list.add(5); // 使用下标+for遍历 for (int i = 0; i < list.size(); i++) { System.out.print(list.get(i) + " "); } System.out.println(); // 借助foreach遍历 for (Integer integer : list) { System.out.print(integer + " "); } System.out.println(); Iterator<Integer> it = list.listIterator(); while(it.hasNext()){ System.out.print(it.next() + " "); } System.out.println(); }
注意：
1. ArrayList最长使用的遍历方式是：for循环+下标 以及 foreach
2. 迭代器是设计模式的一种，后序容器接触多了再给大家铺垫
2.4ArrayList的扩容机制
ArrayList是一个动态类型的顺序表，即：在插入元素的过程中会自动扩容。以下是ArrayList源码中扩容方式：
Object[] elementData; // 存放元素的空间 private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {}; // 默认空间 private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; // 默认容量大小 public boolean add(E e) { ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! elementData[size++] = e; return true; } private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity)); } private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) { if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); } return minCapacity; } private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) { modCount++; // overflow-conscious code if (minCapacity - elementData.length > 0) grow(minCapacity); } private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8; private void grow(int minCapacity) { // 获取旧空间大小 int oldCapacity = elementData.length; // 预计按照1.5倍方式扩容 int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // 如果用户需要扩容大小 超过 原空间1.5倍，按照用户所需大小扩容 if (newCapacity - minCapacity < 0) newCapacity = minCapacity; // 如果需要扩容大小超过MAX_ARRAY_SIZE，重新计算容量大小 if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); // 调用copyOf扩容 elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); } private static int hugeCapacity(int minCapacity) { // 如果minCapacity小于0，抛出OutOfMemoryError异常 if (minCapacity < 0) throw new OutOfMemoryError(); return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE; }
【总结】
1. 检测是否真正需要扩容，如果是调用grow准备扩容
2. 预估需要库容的大小
- 初步预估按照1.5倍大小扩容
- 如果用户所需大小超过预估1.5倍大小，则按照用户所需大小扩容
- 真正扩容之前检测是否能扩容成功，防止太大导致扩容失败
3. 使用copyOf进行扩容
3.ArrayList的具体使用
简单的洗牌算法
public class Card { public int rank; // 牌面值 public String suit; // 花色 @Override public String toString() { return String.format("[%s %d]", suit, rank); } }
import java.util.List; import java.util.ArrayList; import java.util.Random; public class CardDemo { public static final String[] SUITS = {"♠", "♥", "♣", "♦"}; // 买一副牌 private static List<Card> buyDeck() { List<Card> deck = new ArrayList<>(52); for (int i = 0; i < 4; i++) { for (int j = 1; j <= 13; j++) { String suit = SUITS[i]; int rank = j; Card card = new Card(); card.rank = rank; card.suit = suit; deck.add(card); } } return deck; } private static void swap(List<Card> deck, int i, int j) { Card t = deck.get(i); deck.set(i, deck.get(j)); deck.set(j, t); } private static void shuffle(List<Card> deck) { Random random = new Random(20190905); for (int i = deck.size() - 1; i > 0; i--) { int r = random.nextInt(i); swap(deck, i, r); } } public static void main(String[] args) { List<Card> deck = buyDeck(); System.out.println("刚买回来的牌:"); System.out.println(deck); shuffle(deck); System.out.println("洗过的牌:"); System.out.println(deck); // 三个人，每个人轮流抓 5 张牌 List<List<Card>> hands = new ArrayList<>(); hands.add(new ArrayList<>()); hands.add(new ArrayList<>()); hands.add(new ArrayList<>()); for (int i = 0; i < 5; i++) { for (int j = 0; j < 3; j++) { hands.get(j).add(deck.remove(0)); } } System.out.println("剩余的牌:"); System.out.println(deck); System.out.println("A 手中的牌:"); System.out.println(hands.get(0)); System.out.println("B 手中的牌:"); System.out.println(hands.get(1)); System.out.println("C 手中的牌:"); System.out.println(hands.get(2)); } }
运行结果
刚买回来的牌: [[♠ 1], [♠ 2], [♠ 3], [♠ 4], [♠ 5], [♠ 6], [♠ 7], [♠ 8], [♠ 9], [♠ 10], [♠ 11], [♠ 12], [♠ 13], [♥ 1], [♥ 2], [♥ 3], [♥ 4], [♥ 5], [♥ 6], [♥ 7], [♥ 8], [♥ 9], [♥ 10], [♥ 11], [♥ 12], [♥ 13], [♣ 1], [♣ 2], [♣ 3], [♣ 4], [♣ 5], [♣ 6], [♣ 7], [♣ 8], [♣ 9], [♣ 10], [♣ 11], [♣ 12], [♣ 13], [♦ 1], [♦ 2], [♦ 3], [♦ 4], [♦ 5], [♦ 6], [♦ 7], [♦ 8], [♦ 9], [♦ 10], [♦ 11], [♦ 12], [♦ 13]] 洗过的牌: [[♥ 11], [♥ 6], [♣ 13], [♣ 10], [♥ 13], [♠ 2], [♦ 1], [♥ 9], [♥ 12], [♦ 5], [♥ 8], [♠ 6], [♠ 3], [♥ 5], [♥ 1], [♦ 6], [♦ 13], [♣ 12], [♦ 12], [♣ 5], [♠ 4], [♣ 3], [♥ 7], [♦ 3], [♣ 2], [♠ 1], [♦ 2], [♥ 4], [♦ 8], [♠ 10], [♦ 11], [♥ 10], [♦ 7], [♣ 9], [♦ 4], [♣ 8], [♣ 7], [♠ 8], [♦ 9], [♠ 12], [♠ 11], [♣ 11], [♦ 10], [♠ 5], [♠ 13], [♠ 9], [♠ 7], [♣ 6], [♣ 4], [♥ 2], [♣ 1], [♥ 3]] 剩余的牌: [[♦ 6], [♦ 13], [♣ 12], [♦ 12], [♣ 5], [♠ 4], [♣ 3], [♥ 7], [♦ 3], [♣ 2], [♠ 1], [♦ 2], [♥ 4], [♦ 8], [♠ 10], [♦ 11], [♥ 10], [♦ 7], [♣ 9], [♦ 4], [♣ 8], [♣ 7], [♠ 8], [♦ 9], [♠ 12], [♠ 11], [♣ 11], [♦ 10], [♠ 5], [♠ 13], [♠ 9], [♠ 7], [♣ 6], [♣ 4], [♥ 2], [♣ 1], [♥ 3]] A 手中的牌: [[♥ 11], [♣ 10], [♦ 1], [♦ 5], [♠ 3]] B 手中的牌: [[♥ 6], [♥ 13], [♥ 9], [♥ 8], [♥ 5]] C 手中的牌: [[♣ 13], [♠ 2], [♥ 12], [♠ 6], [♥ 1]]
4.ArrayList的问题
1. ArrayList底层使用连续的空间，任意位置插入或删除元素时，需要将该位置后序元素整体往前或者往后搬移，故时间复杂度为O(N)
2. 增容需要申请新空间，拷贝数据，释放旧空间。会有不小的消耗。
3. 增容一般是呈2倍的增长，势必会有一定的空间浪费。例如当前容量为100，满了以后增容到200，我们再继续插入了5个数据，后面没有数据插入了，那么就浪费了95个数据空间。
5.ArrayList的缺陷
通过源码知道，ArrayList底层使用数组来存储元素：
由于其底层是一段连续空间，当在ArrayList任意位置插入或者删除元素时，就需要将后序元素整体往前或者往后搬移，时间复杂度为O(n)，效率比较低，因此ArrayList不适合做任意位置插入和删除比较多的场景。因此：java集合中又引入了LinkedList，即链表结构。
LinkedList
1.LinkedList的模拟实现
// 2、无头双向链表实现 public class MyLinkedList { //头插法 public void addFirst(int data){ } //尾插法 public void addLast(int data){} //任意位置插入,第一个数据节点为0号下标 public void addIndex(int index,int data){} //查找是否包含关键字key是否在单链表当中 public boolean contains(int key){} //删除第一次出现关键字为key的节点 public void remove(int key){} //删除所有值为key的节点 public void removeAllKey(int key){} //得到单链表的长度 public int size(){} public void display(){} public void clear(){} }
2.LinkedList的使用
2.1什么是LinkedList
LinkedList的底层是双向链表结构(链表后面介绍)，由于链表没有将元素存储在连续的空间中，元素存储在单独的节点中，然后通过引用将节点连接起来了，因此在在任意位置插入或者删除元素时，不需要搬移元素，效率比较高。
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在集合框架中，LinkedList也实现了List接口，具体如下：
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【说明】
1. LinkedList实现了List接口
2. LinkedList的底层使用了双向链表
3. LinkedList没有实现RandomAccess接口，因此LinkedList不支持随机访问
4. LinkedList的任意位置插入和删除元素时效率比较高，时间复杂度为O(1)
5. LinkedList比较适合任意位置插入的场景
2.2LinkedList的使用
LinkedList的构造
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public static void main(String[] args) { // 构造一个空的LinkedList List<Integer> list1 = new LinkedList<>(); List<String> list2 = new java.util.ArrayList<>(); list2.add("JavaSE"); list2.add("JavaWeb"); list2.add("JavaEE"); // 使用ArrayList构造LinkedList List<String> list3 = new LinkedList<>(list2); }
LinkedList的其他常用方法介绍
| 方法 | 解释 |
boolean add(E e) |
尾插 e |
void add(int index, E element) |
将 e 插入到 index 位置 |
boolean addAll(Collection<? extends E> c) |
尾插 c 中的元素 |
E remove(int index) |
删除 index 位置元素 |
boolean remove(Object o) |
删除遇到的第一个 o |
E get(int index) |
获取下标 index 位置元素 |
E set(int index, E element) |
将下标 index 位置元素设置为 element |
void clear() |
清空 |
boolean contains(Object o) |
判断 o 是否在线性表中 |
int indexOf(Object o) |
返回第一个 o 所在下标 |
int lastIndexOf(Object o) |
返回最后一个 o 的下标 |
List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) |
截取部分 list |
public static void main(String[] args) { LinkedList<Integer> list = new LinkedList<>(); list.add(1); // add(elem): 表示尾插 list.add(2); list.add(3); list.add(4); list.add(5); list.add(6); list.add(7); System.out.println(list.size()); System.out.println(list); // 在起始位置插入0 list.add(0, 0); // add(index, elem): 在index位置插入元素elem System.out.println(list); list.remove(); // remove(): 删除第一个元素，内部调用的是removeFirst() list.removeFirst(); // removeFirst(): 删除第一个元素 list.removeLast(); // removeLast(): 删除最后元素 list.remove(1); // remove(index): 删除index位置的元素 System.out.println(list); // contains(elem): 检测elem元素是否存在，如果存在返回true，否则返回false if(!list.contains(1)){ list.add(0, 1); } list.add(1); System.out.println(list); System.out.println(list.indexOf(1)); // indexOf(elem): 从前往后找到第一个elem的位置 System.out.println(list.lastIndexOf(1)); // lastIndexOf(elem): 从后往前找第一个1的位置 int elem = list.get(0); // get(index): 获取指定位置元素 list.set(0, 100); // set(index, elem): 将index位置的元素设置为elem System.out.println(list); // subList(from, to): 用list中[from, to)之间的元素构造一个新的LinkedList返回 List<Integer> copy = list.subList(0, 3); System.out.println(list); System.out.println(copy); list.clear(); // 将list中元素清空 System.out.println(list.size()); }
LinkedList的遍历
public static void main(String[] args) { LinkedList<Integer> list = new LinkedList<>(); list.add(1); // add(elem): 表示尾插 list.add(2); list.add(3); list.add(4); list.add(5); list.add(6); list.add(7); System.out.println(list.size()); // foreach遍历 for (int e:list) { System.out.print(e + " "); } System.out.println(); // 使用迭代器遍历---正向遍历 ListIterator<Integer> it = list.listIterator(); while(it.hasNext()){ System.out.print(it.next()+ " "); } System.out.println(); // 使用反向迭代器---反向遍历 ListIterator<Integer> rit = list.listIterator(list.size()); while (rit.hasPrevious()){ System.out.print(rit.previous() +" "); } System.out.println(); }
ArrayList和LinkedList的区别
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