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Java 集合框架：List 体系与实现类深度解析

news 2025/11/6 11:12:03

Java-day13

引入

Java 集合框架是处理“批量数据”的核心工具，其中 **List 体系**以“有序、可重复”的特性，成为日常开发中最常用的集合类型。本文将围绕 List 接口的两大实现类 `ArrayList` 和 `LinkedList`，以及遗留类 `Vector` 展开，从**底层数据结构**、**核心方法**到**适用场景**，全面解析 List 集合的设计逻辑与实战技巧，帮助读者掌握“何时用何集合”的选型能力。

一、Java 集合框架概述

Java 集合框架主要分为四大体系：

- **Set**：无序、不可重复的集合；

- **List**：有序、可重复的集合（本文核心）；

- **Map**：具有键值映射关系的集合；

- **Queue**：队列式集合（先进先出）。

其中，**List 是 Collection 接口的子接口**，它保证元素“按插入顺序排序”，支持通过索引直接操作元素，且允许元素重复。

二、ArrayList 集合：基于动态数组的 List 实现

2.1 ArrayList 底层原理与特点

- **数据结构**：内部封装了一个 `Object[]` 类型的**动态数组**，初始长度为 10，当数组容量不足时会**扩容（默认扩容为原容量的 1.5 倍）**；

- **核心特点**：

- 查询快（基于数组的索引随机访问），增删慢（增删元素需移动数组元素）；

- 线程不安全，执行效率高；

- 元素类型为 `Object`，支持向上转型（如存储 `Cat`、`Dog` 等子类对象，体现多态）。

2.2 ArrayList 核心方法与实战

```java

import java.util.ArrayList;public class ArrayListDemo {public static void main(String[] args) {// 创建 ArrayList 集合（泛型指定为 String）ArrayList<String> list = new ArrayList<>();// 1. 添加元素：add()list.add("青城");list.add("博雅");System.out.println("添加元素后：" + list); // 输出：[青城, 博雅]// 2. 在指定位置插入元素：add(int index, Object element)list.add(1, "教育");System.out.println("指定位置插入后：" + list); // 输出：[青城, 教育, 博雅]// 3. 获取元素数量：size()System.out.println("元素数量：" + list.size()); // 输出：3// 4. 获取指定索引元素：get(int index)System.out.println("索引1的元素：" + list.get(1)); // 输出：教育// 5. 修改元素：set(int index, Object element)list.set(1, "QC");System.out.println("修改元素后：" + list); // 输出：[青城, QC, 博雅]// 6. 删除指定索引元素：remove(int index)list.remove(2);System.out.println("删除索引2后：" + list); // 输出：[青城, QC]// 7. 删除指定元素：remove(Object element)list.remove("青城");System.out.println("删除元素'青城'后：" + list); // 输出：[QC]// 8. 清空集合：clear()list.clear();System.out.println("清空后是否为空：" + list.isEmpty()); // 输出：true// 9. 遍历集合（三种方式）list.add("A");list.add("B");list.add("C");// 方式1：for 循环 + 索引for (int i = 0; i < list.size(); i++) {System.out.print(list.get(i) + " "); // 输出：A B C}System.out.println();// 方式2：增强 for 循环for (String s : list) {System.out.print(s + " "); // 输出：A B C}System.out.println();// 方式3：迭代器java.util.Iterator<String> it = list.iterator();while (it.hasNext()) {System.out.print(it.next() + " "); // 输出：A B C}}}

```

2.3 ArrayList 适用场景

- 适合**查询操作频繁**、**增删操作较少**的场景（如数据展示、报表导出）；

- 不适合多线程环境（需手动加锁或改用 `Vector`）。

三、LinkedList 集合：基于双向链表的 List 实现

3.1 LinkedList 底层原理与特点

- **数据结构**：内部封装了一个**双向链表**，每个节点包含“前驱节点引用”“元素值”“后继节点引用”；

- **核心特点**：

- 增删快（只需修改节点的引用指向），查询慢（需从链表头/尾遍历）；

- 线程不安全；

- 除了 List 接口的方法，还提供了**操作链表头尾**的特有方法（如 `addFirst()`、`getLast()` 等）。

3.2 LinkedList 核心方法与实战

```java

import java.util.LinkedList;public class LinkedListDemo {public static void main(String[] args) {// 创建 LinkedList 集合（泛型指定为 Integer）LinkedList<Integer> list = new LinkedList<>();// 1. 添加元素：add()、addFirst()、addLast()list.add(1);list.add(2);list.addFirst(0);list.addLast(3);System.out.println("添加元素后：" + list); // 输出：[0, 1, 2, 3]// 2. 在指定位置插入元素：add(int index, Object element)list.add(2, 9);System.out.println("指定位置插入后：" + list); // 输出：[0, 1, 9, 2, 3]// 3. 获取元素：get(int index)、getFirst()、getLast()System.out.println("索引2的元素：" + list.get(2)); // 输出：9System.out.println("第一个元素：" + list.getFirst()); // 输出：0System.out.println("最后一个元素：" + list.getLast()); // 输出：3// 4. 修改元素：set(int index, Object element)list.set(2, 8);System.out.println("修改元素后：" + list); // 输出：[0, 1, 8, 2, 3]// 5. 删除元素：remove()、remove(int index)、removeFirst()、removeLast()list.remove(); // 删除第一个元素list.remove(2); // 删除索引2的元素System.out.println("删除后：" + list); // 输出：[1, 8, 3]// 6. 清空集合：clear()list.clear();System.out.println("清空后是否为空：" + list.isEmpty()); // 输出：true}}

```

3.3 LinkedList 适用场景

- 适合**增删操作频繁**、**查询操作较少**的场景（如消息队列、历史记录）；

- 利用其“链表头尾操作”的特性，可作为**栈（Stack）**或**队列（Queue）**的实现。

---

四、Vector 集合：遗留的线程安全 List 实现

4.1 Vector 底层原理与特点

- **数据结构**：基于**数组**实现，与 `ArrayList` 类似；

- **核心特点**：

- 线程安全（所有方法加了 `synchronized` 同步锁），执行效率低；

- 扩容机制为“原容量的 2 倍”（`ArrayList` 是 1.5 倍）；

- 属于 Java 早期遗留类，**不建议在新代码中使用**（可改用 `ArrayList` 加手动锁，或使用 `ConcurrentArrayList`）。

4.2 Vector 核心方法示例

```java

import java.util.Vector;public class VectorDemo {public static void main(String[] args) {// 创建 Vector 集合Vector<String> vector = new Vector<>();// 添加元素vector.add("Apple");vector.addElement("Banana"); // 与 add() 功能类似，为遗留方法System.out.println("添加后：" + vector); // 输出：[Apple, Banana]// 访问元素System.out.println("索引1的元素：" + vector.get(1)); // 输出：BananaSystem.out.println("索引1的元素（遗留方法）：" + vector.elementAt(1)); // 输出：Banana// 修改元素vector.set(1, "Cherry");System.out.println("修改后：" + vector); // 输出：[Apple, Cherry]// 删除元素vector.remove(1);vector.removeElement("Apple");System.out.println("删除后：" + vector); // 输出：[]}}

```

五、List 集合选型与对比

集合类	底层结构	线程安全	查询效率	增删效率	适用场景
ArrayList	动态数组	不安全	高	低	查询多、增删少的场景
LinkedList	双向链表	不安全	低	高	增删多、查询少的场景
Vector	动态数组	安全	高	低	遗留系统维护、多线程（不推荐）