一、List 接口概述

1. 基本定義

• 繼承關系：List?是 Java 集合框架（Collection Framework）中的一個有序隊列接口，直接繼承自?Collection?接口。
• 核心特性：
  • 有序性：元素按插入順序存儲，可通過索引（Index）訪問元素。
  • 可重復性：允許存儲重復元素。
  • 動態擴容：底層實現類（如?ArrayList、LinkedList）支持動態調整容量。

2. 與其他接口的區別

接口	有序性	重復性	數據結構	典型實現類
List	是	是	線性表	ArrayList、LinkedList
Set	否	否	集合（哈希表等）	HashSet、TreeSet
Queue	是	是	隊列（FIFO）	LinkedList、PriorityQueue

二、List 接口核心方法

1. 元素操作方法

（1）添加元素

• boolean add(E e)：向列表末尾添加元素，成功返回?true。

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Apple"); // 添加到末尾

void add(int index, E element)：在指定索引處插入元素，后續元素后移。

list.add(1, "Banana"); // 在索引1處插入元素

（2）刪除元素

• E remove(int index)：移除指定索引處的元素，返回被刪除元素。

String removed = list.remove(0); // 移除索引0的元素

boolean remove(Object o)：移除列表中第一個匹配的元素（通過?equals?方法判斷）。

list.remove("Apple"); // 移除值為"Apple"的元素

（3）修改元素

• E set(int index, E element)：用指定元素替換指定索引處的元素，返回舊元素。

String oldValue = list.set(0, "Grape"); // 將索引0的元素改為"Grape"

（4）查詢元素

• E get(int index)：返回指定索引處的元素。

String first = list.get(0); // 獲取索引0的元素

int indexOf(Object o)：返回元素首次出現的索引，不存在則返回?-1。

int pos = list.indexOf("Banana"); // 查詢"Banana"的位置

• int lastIndexOf(Object o)：返回元素最后一次出現的索引，不存在則返回?-1。

2. 集合操作方法

• boolean contains(Object o)：判斷列表是否包含指定元素（基于?equals）。
• boolean.addAll(Collection<? extends E> c)：將其他集合的所有元素添加到列表末尾。
• void clear()：移除列表中的所有元素。
• boolean isEmpty()：判斷列表是否為空。
• int size()：返回列表中的元素個數。

3. 迭代與視圖方法

• 迭代器（Iterator）：

Iterator<String> it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {String element = it.next();// 處理元素
}

列表迭代器（ListIterator）：支持雙向遍歷和元素修改：

ListIterator<String> lit = list.listIterator();
while (lit.hasNext()) {String element = lit.next();lit.set(element + "_modified"); // 修改元素
}

• 子列表（SubList）：返回列表中指定范圍的視圖（List.subList(int fromIndex, int toIndex)）：

List<String> sub = list.subList(0, 2); // 包含索引0，不包含索引2

三、List 接口的實現類

1. ArrayList

（1）特點

• 底層結構：動態數組（Object[]）。
• 優缺點：
  • ? 隨機訪問（get(int)）速度快（時間復雜度 O (1)）。
  • ? 插入 / 刪除元素時需移動后續元素，效率較低（時間復雜度 O (n)）。
• 適用場景：頻繁查詢、較少增刪的場景（如數據展示、日志記錄）。

（2）擴容機制

• 初始容量默認值為?10（JDK 1.8）。
• 當元素數量超過容量時，新容量為?原容量的 1.5 倍（通過?Arrays.copyOf?復制數組）。

2. LinkedList

（1）特點

• 底層結構：雙向鏈表（每個節點包含?prev、next?指針）。
• 優缺點：
  • ? 插入 / 刪除元素時只需修改指針，效率高（時間復雜度 O (1)，若已知節點位置）。
  • ? 隨機訪問需遍歷鏈表，效率低（時間復雜度 O (n)）。
• 適用場景：頻繁增刪的場景（如隊列、棧、緩存）。

（2）特殊方法

• 可作為隊列（Queue）使用：

LinkedList<String> queue = new LinkedList<>();
queue.offer("A"); // 入隊（添加到末尾）
String first = queue.poll(); // 出隊（移除并返回頭部元素）

可作為棧（Stack）使用：

queue.push("B"); // 入棧（添加到頭部）
String last = queue.pop(); // 出棧（移除并返回頭部元素）

3. Vector（線程安全）

（1）特點

• 底層結構：動態數組，與?ArrayList?類似。
• 線程安全：方法通過?synchronized?修飾（如?add()、get()），但性能較低。
• 適用場景：多線程環境下需要線程安全的場景（較冷門，推薦使用?Collections.synchronizedList()?替代）。

4. 實現類對比表

實現類	底層結構	線程安全	隨機訪問效率	增刪效率（中間位置）	默認初始容量
ArrayList	動態數組	否	高（O (1)）	低（O (n)）	10
LinkedList	雙向鏈表	否	低（O (n)）	高（O (1)）	-
Vector	動態數組	是	高（O (1)）	低（O (n)）	10

四、List 接口的常用操作場景

1. 遍歷列表的 4 種方式

（1）普通 for 循環（索引遍歷）

for (int i = 0; i < list.size(); i++) {String element = list.get(i);
}

適用場景：需要通過索引操作元素（如修改、刪除）。

（2）增強 for 循環（foreach）

for (String element : list) {// 只讀操作元素
}

注意：遍歷時若修改列表（如?list.remove()），會拋出?ConcurrentModificationException（fail-fast 機制）。

（3）Iterator 迭代器

Iterator<String> it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {String element = it.next();if (element.equals("Apple")) {it.remove(); // 安全刪除元素的方式}
}

優勢：支持遍歷過程中安全刪除元素（通過?Iterator.remove()）。

（4）Java 8 Stream 流式遍歷

list.stream().forEach(element -> {System.out.println(element);
});

適用場景：結合 Lambda 表達式實現復雜邏輯（如過濾、映射）。

2. 列表排序與搜索

（1）排序（Collections.sort()）

List<Integer> nums = Arrays.asList(3, 1, 4, 2);
Collections.sort(nums); // 升序排列（默認自然排序）
// 自定義排序（降序）
Collections.sort(nums, (a, b) -> b - a);

（2）二分查找（Collections.binarySearch()）

Collections.sort(nums); // 需先排序
int index = Collections.binarySearch(nums, 3); // 返回元素3的索引

3. 線程安全處理

• 場景：多線程環境下操作?List?時，需保證線程安全。
• 解決方案：
  1. 使用?Vector（性能較低）。
  2. 通過?Collections.synchronizedList()?包裝普通?List：

List<String> safeList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());

使用并發包?java.util.concurrent?中的?CopyOnWriteArrayList（適用于讀多寫少場景）：

List<String> concurrentList = new CopyOnWriteArrayList<>();

五、常見問題與最佳實踐

1. ArrayList vs LinkedList 如何選擇？

• 優先選 ArrayList：需要頻繁隨機訪問（如查詢），或數據量已知、增刪操作少。
• 優先選 LinkedList：需要頻繁在頭部 / 中間插入 / 刪除元素，或數據量不確定、需高效動態調整。

2. 列表擴容的性能影響

• ArrayList?擴容時會創建新數組并復制舊元素，若初始容量預估不足，多次擴容會導致性能下降。
• 最佳實踐：通過構造方法指定初始容量：

  List<String> list = new ArrayList<>(100); // 初始容量設為100，減少擴容次數

  3. 避免內存泄漏

• 若存儲大量對象，需及時調用?clear()?或置為?null，幫助垃圾回收器回收內存。
• 強制類型轉換風險：非泛型?List?會存儲?Object?類型，取出時需強制類型轉換，可能引發?ClassCastException。
• 最佳實踐：使用泛型限定元素類型：

List<String> list = new ArrayList<>(); // 限定只能存儲String類型

六、總結

特性	List 接口特點
核心優勢	有序性、可重復性、索引訪問，適用于需要按順序操作的數據場景。
實現類選擇	- 高頻查詢：ArrayList - 高頻增刪：LinkedList - 線程安全：CopyOnWriteArrayList
常用操作	添加 / 刪除元素、遍歷、排序、子列表操作、線程安全處理。

通過掌握?List?接口的核心方法與實現類特性，可在開發中高效處理線性數據集合，提升代碼的健壯性與性能。