Java `java.util.List` 深度解析

简介

在 Java 的集合框架中，java.util.List 是一个非常重要的接口。它代表一个有序的集合，允许存储重复元素。这使得 List 在处理需要保持元素顺序或者允许重复数据的场景中发挥着关键作用。无论是简单的数据存储还是复杂的业务逻辑实现，List 都提供了强大而灵活的功能。本文将详细介绍 java.util.List 的基础概念、使用方法、常见实践以及最佳实践，帮助读者更好地掌握和运用这一强大的工具。

基础概念

java.util.List 是 Java 集合框架中的一个接口，它继承自 Collection 接口。List 的主要特点如下： - 有序性：List 中的元素按照插入的顺序存储，这意味着可以通过索引来访问元素。 - 可重复性：允许存储重复的元素。

使用方法

创建 `List`

在 Java 中，可以通过多种方式创建 List。常见的实现类有 ArrayList 和 LinkedList。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ListCreation {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个 ArrayList
        List<String> arrayList = new ArrayList<>();

        // 创建一个 LinkedList
        List<Integer> linkedList = new LinkedList<>();
    }
}

添加元素

可以使用 add 方法向 List 中添加元素。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ListAddition {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Apple");
        list.add("Banana");
        list.add("Cherry");
        System.out.println(list);
    }
}

访问元素

可以通过索引来访问 List 中的元素，使用 get 方法。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ListAccess {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Apple");
        list.add("Banana");
        list.add("Cherry");

        String element = list.get(1);
        System.out.println(element); // 输出 Banana
    }
}

修改元素

使用 set 方法可以修改 List 中指定索引位置的元素。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ListModification {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Apple");
        list.add("Banana");
        list.add("Cherry");

        list.set(1, "Mango");
        System.out.println(list);
    }
}

删除元素

使用 remove 方法可以删除 List 中的元素，既可以通过索引删除，也可以通过对象删除。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ListRemoval {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Apple");
        list.add("Banana");
        list.add("Cherry");

        // 通过索引删除
        list.remove(1);
        System.out.println(list);

        // 通过对象删除
        list.remove("Cherry");
        System.out.println(list);
    }
}

常见实践

遍历 `List`

有多种方式可以遍历 List。

使用 for 循环

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ListTraversalForLoop {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Apple");
        list.add("Banana");
        list.add("Cherry");

        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
            System.out.println(list.get(i));
        }
    }
}

使用 enhanced for 循环

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ListTraversalEnhancedForLoop {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Apple");
        list.add("Banana");
        list.add("Cherry");

        for (String element : list) {
            System.out.println(element);
        }
    }
}

使用 Iterator

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;

public class ListTraversalIterator {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Apple");
        list.add("Banana");
        list.add("Cherry");

        Iterator<String> iterator = list.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }
}

查找元素

可以使用 indexOf 方法查找元素首次出现的索引，使用 lastIndexOf 方法查找元素最后出现的索引。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ListSearch {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Apple");
        list.add("Banana");
        list.add("Apple");

        int firstIndex = list.indexOf("Apple");
        int lastIndex = list.lastIndexOf("Apple");

        System.out.println("First index of Apple: " + firstIndex);
        System.out.println("Last index of Apple: " + lastIndex);
    }
}

排序元素

可以使用 Collections.sort 方法对 List 进行排序。

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.List;

public class ListSorting {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = new ArrayList<>();
        list.add(3);
        list.add(1);
        list.add(2);

        Collections.sort(list);
        System.out.println(list);
    }
}

最佳实践

选择合适的实现类

ArrayList：适用于随机访问频繁的场景，因为它基于数组实现，通过索引访问元素的时间复杂度为 O(1)。但是在插入和删除操作时，尤其是在列表中间进行操作时，性能较差，因为需要移动元素。
LinkedList：适用于插入和删除操作频繁的场景，因为它基于链表实现，插入和删除操作的时间复杂度为 O(1)。但是随机访问性能较差，因为需要从头遍历链表。

避免不必要的装箱和拆箱

在使用泛型 List 时，尽量使用包装类的基本类型版本，以避免自动装箱和拆箱带来的性能开销。

// 推荐
List<Integer> intList = new ArrayList<>();

// 不推荐，会有装箱和拆箱操作
List<int[]> badIntList = new ArrayList<>();

减少不必要的遍历

在处理 List 时，尽量避免多次遍历相同的数据。可以在一次遍历中完成多个操作。

小结

java.util.List 是 Java 编程中非常重要的接口，它提供了有序且可重复的元素存储方式。通过掌握其基础概念、使用方法、常见实践以及最佳实践，开发者能够更加高效地使用 List 来解决各种实际问题，提高程序的性能和可读性。

参考资料

Oracle Java Documentation - List
《Effective Java》 by Joshua Bloch

Java java.util.List 深度解析

简介

目录