java基础 -02java集合之 List，AbstractList，ArrayList介绍

补充上篇

AbstractCollection < E >

在正式List之前，我们先了解我们补充上篇Collection接口的拓展实现，也就是说当我我们需要实现一个不可修改的Collection的时候，我们只需要拓展某个类，也就是AbstractCollection这个类，他是Collection接口的骨干实现，并以最大限度的实现了减少此接口所需要的工作;


如上两图进行比较即可。

我们可以拓展Collection,然后提供iterator和size方法的实现即可，其中我们的iterator方法返回迭代器必须实现一个hasNext和next。

注意：

• AbstractCollection<E>是一个抽象类，不能直接实例化。如果需要使用它的方法，需要创建一个继承自它的子类，并实现Collection<E>接口中的所有方法。

• AbstractCollection<E>提供了size()和isEmpty()方法的默认实现，但是它们都是基于iterator()方法实现的。如果子类有更高效的实现方式，可以重写这些方法。

• AbstractCollection<E>提供了contains(Object o)和remove(Object o)方法的默认实现，但是它们都是基于iterator()方法实现的。如果子类有更高效的实现方式，可以重写这些方法。

• AbstractCollection<E>没有提供add(E e)和addAll(Collection<? extends E> c)方法的默认实现，因为这些方法的实现方式可能因子类而异。如果子类需要实现这些方法，需要自行实现。

• AbstractCollection<E>提供了clear()和toArray()方法的默认实现，但是它们都是基于iterator()方法实现的。如果子类有更高效的实现方式，可以重写这些方法。

• AbstractCollection<E>提供了toString()方法的默认实现，但是它只是简单地将集合中的元素转换为字符串并拼接在一起。如果子类需要更复杂的字符串表示方式，可以重写这个方法。

补充：
要实现一个可以修改的Collection，我们必须重新add方法，不然就会抛出异常，UnsupportedOperationException，iterator 方法返回的迭代器还必须另外实现其 remove 方法。

List

List是java中有序的、允许重复的、值可以为NULL的。用户可以根据元素的整数索引（在列表中的位置）访问元素，并搜索列表中的元素。

List 接口在 iterator、add、remove、equals 和 hashCode 方法的协定上加了一些其他约定，超过了 Collection 接口中指定的约定。

List接口中的元素按照插入顺序排列，并且允许包含重复元素。

• void add(int index, E element): 在指定位置插入指定元素。
• boolean remove(Object element): 移除指定元素的第一个匹配项。
• E remove(int index): 移除指定位置的元素。
• E get(int index): 返回指定位置的元素。
• E set(int index, E element): 替换指定位置的元素。
• int indexOf(Object element): 返回指定元素第一次出现的位置。
• int lastIndexOf(Object element): 返回指定元素最后一次出现的位置。
• List<E> subList(int fromIndex, int toIndex): 返回指定范围的子列表。

List接口有多个实现类，常见的有ArrayList、LinkedList和Vector等。

• ArrayList是基于动态数组实现的，它支持快速随机访问和高效的插入、删除操作。适用于频繁访问元素的场景。

• LinkedList是基于双向链表实现的，它支持高效的插入、删除操作，但访问元素的效率较低。适用于频繁插入、删除元素的场景。

• Vector是线程安全的，它与ArrayList类似，但是性能较低。在多线程环境下，可以使用Vector来保证线程安全。

public class ListExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();

        // 添加元素
        list.add("apple");
        list.add("banana");
        list.add("orange");

        // 获取元素
        String firstElement = list.get(0);
        System.out.println("First element: " + firstElement);

        // 修改元素
        list.set(1, "grape");

        // 删除元素
        list.remove("orange");

        // 遍历元素
        for (String element : list) {
            System.out.println(element);
        }

        // 判断元素是否存在
        boolean contains = list.contains("apple");
        System.out.println("Does list contain 'apple'? " + contains);

        // 获取列表的大小
        int size = list.size();
        System.out.println("List size: " + size);

        // 获取子列表
        List<String> subList = list.subList(0, 2);
        System.out.println("Sublist: " + subList);
    }
}

AbstractList

AbstractList是List接口的一个抽象实现类，它提供了List接口中的一些通用实现，使得实现List接口的子类可以更加方便地实现自己的方法。如下图所示：

注意事项：

• AbstractList是一个抽象类，不能直接实例化。如果需要使用它的方法，需要创建一个继承自它的子类，并实现List接口中的所有方法。
  

public class MyList<E> extends AbstractList<E> {
    private Object[] elements;
    private int size;

    public MyList(int initialCapacity) {
        elements = new Object[initialCapacity];
        size = 0;
    }

    @Override
    public E get(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            throw new IndexOutOfBoundsException("Index: " + index + ", Size: " + size);
        }
        return (E) elements[index];
    }

    @Override
    public int size() {
        return size;
    }

    @Override
    public boolean add(E element) {
        if (size == elements.length) {
            resize();
        }
        elements[size++] = element;
        return true;
    }

    @Override
    public E remove(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            throw new IndexOutOfBoundsException("Index: " + index + ", Size: " + size);
        }
        E removedElement = (E) elements[index];
        for (int i = index; i < size - 1; i++) {
            elements[i] = elements[i + 1];
        }
        elements[--size] = null;
        return removedElement;
    }

    private void resize() {
        int newCapacity = elements.length * 2;
        Object[] newElements = new Object[newCapacity];
        System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, size);
        elements = newElements;
    }
}

在上述代码中 我们创建了一个名为MyList的类，它继承自AbstractList类，并实现了get(int index)、size()、add(E element)和remove(int index)方法。

get(int index)方法用于获取指定索引位置的元素。我们在方法中进行了边界检查，并将元素强制转换为泛型类型。
size()方法返回列表的大小。

add(E element)方法用于向列表末尾添加元素。如果列表已满，我们会调用resize()方法来扩容。

remove(int index)方法用于移除指定索引位置的元素。我们在方法中进行了边界检查，并将被移除的元素返回。移除元素后，我们需要将后面的元素向前移动，并将最后一个位置置为null。

ArrayList

这个在我们面试过程中经常会碰到。

下面我们围绕ArrayList进行相关介绍：

1. ArrayList作为Java中最常用的动态数组实现，他实现了List接口，由上图可以见到，其继承的AbstractList类实现的List接口，他可以动态地增加或者删除元素。注意一下他底层是数组，并且是可以扩充的数组。既然他是数组实现的，我们都知道如果是数组元素，那么随机访问速度会很快，但有优点就有缺点，查询速度快了，那么删除或者插入就慢，我们在ArrayList中插入或者删除元素的时候需要移动后面的元素，从而导致他的速度慢。
2. ArrayList是非线程安全的，如果需要在多线程环境下使用，需要进行同步处理。
3. ArrayList的默认初始容量为10，如果需要存储更多的元素，可以在创建ArrayList对象时指定初始容量。

ArrayList 的扩容机制

既然说到了ArrayList的扩容，那么我们来了解一下ArrayList的扩容机制吧：

1. 初始容量：当创建一个新的ArrayList对象时，它会分配一个初始容量。默认情况下，初始容量为10，但也可以通过构造函数指定其他初始容量。

2. 容量增长：当ArrayList的元素数量超过当前容量时，ArrayList会自动增加其容量。容量增长的策略是通过创建一个更大的数组，并将原始数组中的元素复制到新数组中来实现的。

3. 增长因子：ArrayList的容量增长是按照增长因子来计算的。增长因子是一个大于1的值，用于确定新容量相对于当前容量的增长量。默认情况下，增长因子为1.5，这意味着新容量将是当前容量的1.5倍，比如说10，经过一次扩容为 10 * 1.5 = 15。

4. 扩容操作：当需要扩容时，ArrayList会创建一个新的数组，并将原始数组中的元素复制到新数组中。这个操作涉及到数组的复制，因此在扩容时会有一定的性能开销。

5. 扩容策略：ArrayList的扩容策略是相对保守的，它会尽量避免频繁的扩容操作。当需要扩容时，ArrayList会根据当前容量和增长因子计算出一个新的容量，然后将新容量设置为ArrayList的容量。这样做的目的是为了减少扩容操作的频率，提高性能。

代码示例

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个ArrayList对象
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();

        // 向ArrayList中添加一个元素
        list.add("apple");
        list.add("banana");

        // 在指定位置插入一个元素
        list.add(1, "orange");

        // 删除指定位置的元素
        list.remove(1);

        // 删除指定元素
        list.remove("apple");

        // 获取指定位置的元素
        String fruit = list.get(0);

        // 替换指定位置的元素
        list.set(0, "orange");

        // 获取ArrayList中元素的数量
        int size = list.size();

        // 清空ArrayList中的所有元素
        list.clear();

        // 判断ArrayList中是否包含指定元素
        boolean containsApple = list.contains("apple");

        // 获取指定元素在ArrayList中的位置
        int index = list.indexOf("banana");
    }
}