【Java入门提高篇】Day20 Java集合类详解（三）List接口

今天要说的是Collection族长下的三名大将之一，List，Set，Queue中的List，它们都继承自Collection接口，所以Collection接口的所有操作，它们自然也是有的。

List，Set，Queue，分别是列表，集合，队列的意思，代表着Collection家族下的三种不同的势力，它们各有所长，也各有所短，就像骑兵，步兵和水兵，各有各的优势，并没有谁一定比谁更好的说法，合适的才是最好的。接下来，将会分别介绍这三名大将，从中你也会看到它们各自的特点。

本篇先来介绍一下List接口。

我们先来看看List的源码：

public interface List<E> extends Collection<E> {
    // 查询接口

    /**
     * 列表元素个数
     */
    int size();

    /**
     * 是否为空
     */
    boolean isEmpty();

    /**
     * 是否包含某元素
     */
    boolean contains(Object o);

    /**
     * 返回一个List迭代器
     */
    Iterator<E> iterator();

    /**
     * 将List转换为Object数组
     */
    Object[] toArray();

    /**
     * 转换为指定类型数组
     */
    <T> T[] toArray(T[] a);

    // 修改操作

    /**
     * 添加元素，成功返回true
     */
    boolean add(E e);

    /**
     * 移除某一个元素，成功返回true
     */
    boolean remove(Object o);

    // 批量操作

    /**
     * 判断是否包含集合C 中的所有元素
     */
    boolean containsAll(Collection<?> c);

    /**
     * 将集合C 中所有元素添加到列表
     */
    boolean addAll(Collection<? extends E> c);

    /**
     * 将集合C 中所有元素添加到列表，添加在序号为index的元素之后
     */
    boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c);

    /**
     * 从列表中移除集合C 中所有元素
     */
    boolean removeAll(Collection<?> c);

    /**
     * 从列表中移除所有不在集合C 中的元素
     */
    boolean retainAll(Collection<?> c);

    /**
     * 全部替换
     */
    default void replaceAll(UnaryOperator<E> operator) {
        Objects.requireNonNull(operator);
        final ListIterator<E> li = this.listIterator();
        while (li.hasNext()) {
            li.set(operator.apply(li.next()));
        }
    }

    /**
     * 根据指定的比较器来排序，如果传入的比较器是null，则元素必须实现Comparable 接口
     */
    @SuppressWarnings({"unchecked", "rawtypes"})
    default void sort(Comparator<? super E> c) {
        Object[] a = this.toArray();
        Arrays.sort(a, (Comparator) c);
        ListIterator<E> i = this.listIterator();
        for (Object e : a) {
            i.next();
            i.set((E) e);
        }
    }

    /**
     * 移除所有元素
     */
    void clear();

    // 比较和hash

    boolean equals(Object o);

    int hashCode();

    // 根据序号进行的操作

    /**
     * 获取指定序号的元素
     */
    E get(int index);

    /**
     * 替换指定序号的元素
     */
    E set(int index, E element);

    /**
     * 在指定序号的元素后插入元素
     */
    void add(int index, E element);

    /**
     * 移除指定序号的元素
     */
    E remove(int index);

    // 搜索操作

    /**
     * 返回元素第一次出现的位置，如果未找到则返回-1
     */
    int indexOf(Object o);

    /**
     * 返回元素出现的最后一个位置
     */
    int lastIndexOf(Object o);

    // List迭代器

    /**
     * 返回一个List迭代器
     */
    ListIterator<E> listIterator();

    /**
     * 返回一个序号从Index开始的List迭代器
     */
    ListIterator<E> listIterator(int index);

    // 视图

    /**
     * 返回一个子队列，序列从fromIndex到toIndex，包含fromIndex，不包含toIndex
     * 对子队列的修改会影响原队列
     * 如果原队列修改，那么对子队列的影响是未定义的
     */
    java.util.List<E> subList(int fromIndex, int toIndex);

    /**
     * 创建一个可分割的迭代器（用于并行计算）
     */
    @Override
    default Spliterator<E> spliterator() {
        return Spliterators.spliterator(this, Spliterator.ORDERED);
    }
}

其实JDK里的注释已经十分丰富，大家平时有时间可以多看看，为了方便阅读，我这里用简单粗暴的语言进行了精简翻译。

List即列表，存储的是有序集合，里面的元素有序存储，可以重复，所谓有序集合，顾名思义，就是里面的元素存放是有顺序的，每个插入的元素都对应着一个序号，可以根据序号获取元素。

List支持的操作也很丰富，最常用的增删改查，批量添加，批量替换，批量删除，还有搜索，排序操作，还支持普通迭代器和可分割式迭代器，前者主要用于遍历，后者则主要用于并行式计算，关于迭代器的知识后面会统一介绍。下面是使用常见操作的一个小栗子：

public class Test {

    public static void main(String[] args){
        test();
    }

    static void test(){
        List<Integer> integers = new ArrayList<>();
        List<Integer> integersA = new ArrayList<>();

        //添加元素
        integers.add(1);
        integers.add(2);
        integers.add(3);
        integers.add(4);

        integersA.add(1);
        integersA.add(2);
        integersA.add(33);
        integersA.add(44);
        System.out.println("列表大小：" + integers.size());
        System.out.println("是否为空：" + integers.isEmpty());
        System.out.println("是否包含某元素：" + integers.contains(2));
        System.out.println("是否包含全部元素：" + integers.containsAll(integersA));

        //转换为数组
        Integer[] integerArray = integers.toArray(new Integer[0]);
        System.out.println("遍历数组：");
        for (int i = 0; i < integerArray.length; i++){
            System.out.println(integerArray[i]);
        }
        System.out.println("当前列表integers：" + integers);

        //批量添加
        System.out.println("批量添加元素");
        integers.addAll(integersA);
        System.out.println("当前列表integers：" + integers);

        //移除元素
        System.out.println("移除元素");
        integers.remove(1);
        System.out.println("当前列表integers：" + integers);

        //批量移除
        System.out.println("批量移除元素");
        integers.removeAll(integersA);
        System.out.println("当前列表integers：" + integers);

        //开始替换
        System.out.println("批量替换元素");
        integers.replaceAll(it -> it + 1);
        System.out.println("当前列表integers：" + integers);

        //从列表中移除所有不在集合integersA中的元素
        integersA.add(2);
        integersA.add(4);
        System.out.println("保留元素");
        integers.retainAll(integersA);
        System.out.println("当前列表integers：" + integers);

        //插入
        System.out.println("开始插入");
        System.out.println("当前列表integersA：" + integersA);
        integersA.add(2,155);
        integersA.add(1,125);
        System.out.println("当前列表integersA：" + integersA);

        //排序
        System.out.println("开始排序——使用内部比较器");
        integersA.sort(null);
        System.out.println("当前列表integersA：" + integersA);

        System.out.println("开始排序——使用外部比较器");
        integersA.sort((itA, itB) -> itB - itA);
        System.out.println("当前列表integersA：" + integersA);

        //序号操作
        Integer a = integersA.get(2);
        System.out.println("integersA第三个元素是：" + a);
        System.out.println("开始替换");
        integersA.set(3, 66);
        System.out.println("当前列表integersA：" + integersA);
        System.out.println("开始移除");
        integersA.remove(3);
        System.out.println("当前列表integersA：" + integersA);

        //搜索操作
        System.out.println("查找元素2(第一次出现)位置：" + integersA.indexOf(2));
        System.out.println("查找元素2(最后一次出现)位置：" + integersA.lastIndexOf(2));

        //子队列操作
        List<Integer> subList = integersA.subList(0, 4);
        System.out.println("子队列：" + subList);
        subList.add(5);
        subList.add(5);
        subList.add(5);
        System.out.println("当前子列表：" + subList);
        System.out.println("当前列表integersA：" + integersA);

        integersA.add(1, 233);
        integersA.add(1, 233);
        integersA.add(1, 233);
        System.out.println("当前列表integersA：" + integersA);
        System.out.println("当前子列表：" + subList);
    }
}

大家可以先想想结果，再下看面的答案。

实际输出如下：

列表大小：4
是否为空：false
是否包含某元素：true
是否包含全部元素：false
遍历数组：
1
2
3
4
当前列表integers：[1, 2, 3, 4]
批量添加元素
当前列表integers：[1, 2, 3, 4, 1, 2, 33, 44]
移除元素
当前列表integers：[1, 3, 4, 1, 2, 33, 44]
批量移除元素
当前列表integers：[3, 4]
批量替换元素
当前列表integers：[4, 5]
保留元素
当前列表integers：[4]
开始插入
当前列表integersA：[1, 2, 33, 44, 2, 4]
当前列表integersA：[1, 125, 2, 155, 33, 44, 2, 4]
开始排序——使用内部比较器
当前列表integersA：[1, 2, 2, 4, 33, 44, 125, 155]
开始排序——使用外部比较器
当前列表integersA：[155, 125, 44, 33, 4, 2, 2, 1]
integersA第三个元素是：44
开始替换
当前列表integersA：[155, 125, 44, 66, 4, 2, 2, 1]
开始移除
当前列表integersA：[155, 125, 44, 4, 2, 2, 1]
查找元素33(第一次出现)位置：4
查找元素33(最后一次出现)位置：5
子队列：[155, 125, 44, 4]
当前子列表：[155, 125, 44, 4, 5, 5, 5]
当前列表integersA：[155, 125, 44, 4, 5, 5, 5, 2, 2, 1]
当前列表integersA：[155, 233, 233, 233, 125, 44, 4, 5, 5, 5, 2, 2, 1]
Exception in thread "main" java.util.ConcurrentModificationException
    at java.util.ArrayList$SubList.checkForComodification(ArrayList.java:1239)
    at java.util.ArrayList$SubList.listIterator(ArrayList.java:1099)
    at java.util.AbstractList.listIterator(AbstractList.java:299)
    at java.util.ArrayList$SubList.iterator(ArrayList.java:1095)
    at java.util.AbstractCollection.toString(AbstractCollection.java:454)
    at java.lang.String.valueOf(String.java:2994)
    at java.lang.StringBuilder.append(StringBuilder.java:131)
    at com.frank.chapter20.Test.test(Test.java:115)
    at com.frank.chapter20.Test.main(Test.java:15)

不知道符不符合你的预期，这里关于内部比较器和外部比较器的知识只一笔带过，Integer类型是实现了Comparable接口的，所以sort方法传入null时会使用Integer的内部比较器进行排序，而使用外部比较器时，使用的是Java8的新特性，lamada表达式，省去了方法名和参数类型，因为函数式接口不存在重载方法，所以编译器可以推断出参数类型，这样就不用再大费周章的用new语法去创建一个比较器（当然，只是语法糖而已，如果不是很理解比较器，可以先行百度，后面的文章里也会有详细介绍）。在最后报出了一个ConcurrentModificationException，因为原队列修改后，子队列视图就被破坏了，所以再次访问子视图时就会报错。

List是最常用的容器类，List最大的特点便是要求元素有序存储，List跟数组相比，最大的优势在于List大小可以动态扩展，但数组支持随机存取，所以当元素个数的固定的时候，使用数组往往效率更高。（当然，一般情况下还是使用List吧，因为支持的操作更加丰富，比如进行排序时不需要自己写算法）。

一般来说，对元素没有特殊要求，不需要去重存储，没有先进先出的要求的场景下，List是最好的选择。

List接口下有多个常用的实现类，每个类都有其特点，具体选择哪种类需要根据实际情况进行选择。

希望大家能通过这篇文章，了解List的主要方法及其使用方法以及常用场景，关于List的常见具体实现类的讲解将在之后的文章里进行说明和比较。

本篇到此结束，欢迎大家继续关注。