详解List接口和常用实现类的特性、性能和使用场景
List接口是Java集合框架中最重要的接口之一，它继承自Collection接口，表示一个有序的集合。List接口定义了一系列操作有序集合的方法，是ArrayList、LinkedList、Vector等实现类的基础。
List中的元素按照插入顺序存储，每个元素都有一个确定的位置索引。
List允许存储重复的元素，同一个对象可以在List中出现多次。
支持通过索引直接访问、修改和删除指定位置的元素。
List的大小可以动态增长和缩减，不需要预先指定容量。
// 添加元素
boolean add(E e) // 在末尾添加元素
void add(int index, E element) // 在指定位置插入元素
// 获取元素
E get(int index) // 获取指定位置的元素
// 修改元素
E set(int index, E element) // 替换指定位置的元素
// 删除元素
E remove(int index) // 删除指定位置的元素
boolean remove(Object o) // 删除指定对象
// 查找元素
int indexOf(Object o) // 查找元素第一次出现的位置
int lastIndexOf(Object o) // 查找元素最后一次出现的位置
boolean contains(Object o) // 判断是否包含指定元素
// 其他操作
int size() // 获取元素个数
boolean isEmpty() // 判断是否为空
void clear() // 清空所有元素
List subList(int from, int to) // 获取子列表 ArrayList是List接口最常用的实现类，基于动态数组实现，提供了高效的随机访问能力。
// ArrayList扩容示例
ArrayList list = new ArrayList<>(); // 默认初始容量为10
// 当元素数量超过当前容量时，会触发扩容
// 新容量 = 旧容量 + (旧容量 >> 1) // 即增长50%
// 建议：如果知道大概大小，可以指定初始容量
ArrayList optimizedList = new ArrayList<>(1000); LinkedList基于双向链表实现，在插入和删除操作方面具有优势，同时实现了Deque接口，可以作为栈或队列使用。
LinkedList deque = new LinkedList<>();
// 作为栈使用(LIFO - 后进先出)
deque.push(1); // 入栈
deque.push(2);
int top = deque.pop(); // 出栈
// 作为队列使用(FIFO - 先进先出)
deque.offer(10); // 入队
deque.offer(20);
int front = deque.poll(); // 出队
// 双端操作
deque.offerFirst(100); // 头部添加
deque.offerLast(200); // 尾部添加
int first = deque.pollFirst(); // 头部取出
int last = deque.pollLast(); // 尾部取出 不同的List实现类在各种操作上的性能表现差异很大，选择合适的实现类对程序性能至关重要。
| 操作类型 | ArrayList | LinkedList | Vector | 说明 |
|---|---|---|---|---|
| 随机访问 | O(1) | O(n) | O(1) | ArrayList和Vector基于数组，支持直接索引访问 |
| 尾部添加 | O(1)* | O(1) | O(1)* | *可能触发扩容，最坏情况O(n) |
| 中间插入 | O(n) | O(1)** | O(n) | **如果已知节点位置 |
| 删除元素 | O(n) | O(1)** | O(n) | **如果已知节点位置 |
| 内存占用 | 低 | 高 | 低 | LinkedList每个节点需要额外存储指针 |
| 线程安全 | 否 | 否 | 是 | Vector的方法使用synchronized修饰 |
以下是一个综合性的List接口使用示例，展示了不同实现类的特性和使用方法：
import java.util.*;
/**
* List接口综合示例
* 演示ArrayList、LinkedList和Vector的使用
*/
public class ListComprehensiveExample {
public static void main(String[] args) {
// 演示List的基本特性
demonstrateListFeatures();
// 比较不同实现类的性能
comparePerformance();
// 演示实际应用场景
demonstrateRealWorldUsage();
}
/**
* 演示List接口的基本特性
*/
private static void demonstrateListFeatures() {
System.out.println("=== List基本特性演示 ===");
List fruits = new ArrayList<>();
// 1. 有序性：按插入顺序存储
fruits.add("苹果");
fruits.add("香蕉");
fruits.add("橙子");
System.out.println("插入顺序: " + fruits);
// 2. 可重复：允许重复元素
fruits.add("苹果"); // 重复元素
System.out.println("允许重复: " + fruits);
// 3. 索引访问：通过索引获取元素
System.out.println("索引0的元素: " + fruits.get(0));
System.out.println("索引2的元素: " + fruits.get(2));
// 4. 动态大小
System.out.println("当前大小: " + fruits.size());
fruits.remove("香蕉");
System.out.println("删除后大小: " + fruits.size());
}
}