Java開發筆記（六十七）清單：ArrayList和LinkedList

前面介紹了集合與映射兩類容器，它們的共同特色是每一個元素都是惟一的，而且採用二叉樹方式的類型還自帶有序性。然而這兩個特色也存在弊端：其一，爲啥內部元素必須是惟一的呢？像手機店賣出了兩部Mate20，雖然這兩部手機如出一轍，但理應保存兩條銷售記錄纔是。其二，不論是哈希類型仍是二叉類型，竟然都不容許按照加入時間的前後排序，要知道現實生活中不乏各類先來後到的業務場景。爲了更方便地應對真實場景中的各種需求，Java又設計了清單List這麼一種容器，用來處理集合與映射所不支持的業務功能。
提到清單，腦海裏頓時浮現出從上往下排列的一組表格，例如購物清單、願望清單、待辦事項等等，它們的共同點一是都有序號，二是按線性排列。清單裏的元素容許重複加入，而且根據入夥的時間順序前後羅列，這些特徵決定了清單是種貼近平常生活的簡易容器。不過Java中的List屬於接口，實際開發用到的是它的一個實現類ArrayList（列表，又稱動態數組）。在某種程度上，列表的確跟數組很像，好比兩者的內部元素都分配了整數序號/下標、都支持經過序號/下標來訪問指定位置的元素等等。但列表貴爲容器中的一員，天然擁有幾點數組所不能比擬的優點，包括但不限於：

1、列表容許動態添加新元素，無論調用多少次add方法，也沒必要擔憂列表空間不夠用的問題。下面代碼便演示瞭如何聲明列表實例並對其依次添加元素：

		// 建立一個列表（動態數組），其元素爲MobilePhone類型
		ArrayList<MobilePhone> list = new ArrayList<MobilePhone>();
		list.add(new MobilePhone("華爲", 5000)); // 第一個添加的元素，默認分配序號爲0
		list.add(new MobilePhone("小米", 2000)); // 第二個添加的元素，默認分配序號爲1
		list.add(new MobilePhone("OPPO", 4000)); // 第三個添加的元素，默認分配序號爲2
		list.add(new MobilePhone("vivo", 1000)); // 第四個添加的元素，默認分配序號爲3
		list.add(new MobilePhone("vivo", 1000)); // 第五個添加的元素，默認分配序號爲4

 

而數組的大小一經初始化設定就不可調整，除非另外給它分配新的數組空間；

2、數組只能對指定位置的元素進行修改操做，列表不但支持修改指定位置的元素（set方法），還支持在指定位置插入新元素（add方法），或者移除指定位置的元素（remove方法）。

3、數組只有兩種遍歷方式：按下標遍歷、經過簡化的for循環遍歷。而列表支持多達四種的遍歷方式，分別說明以下：
一、簡化的for循環。該方式一樣適用於數組和容器，具體的遍歷代碼示例以下：

		// 第一種遍歷方式：簡化的for循環一樣適用於數組和容器
		for (MobilePhone for_item : list) {
			System.out.println(String.format("for_item:%s %d",
					for_item.getBrand(), for_item.getPrice()));
		}

 

二、迭代器遍歷。該方式與利用迭代器遍歷集合是同樣，都要先得到當前容器的迭代器，而後依次調用迭代器的next逐個獲取元素。利用迭代器遍歷列表的代碼以下所示：

		// 第一種遍歷方式：簡化的for循環一樣適用於數組和容器
		for (MobilePhone for_item : list) {
			System.out.println(String.format("for_item:%s %d",
					for_item.getBrand(), for_item.getPrice()));
		}

 

三、索引遍歷。這裏的索引是以0開始的序號，對應於數組的下標，只不過列表經過get方法獲取指定位置的元素，而數組經過方括號引用某個下標。下面是使用索引遍歷列表的代碼例子：

		// 第三種遍歷方式：與數組經過下標訪問類似，列表經過索引獲取指定位置的元素
		for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
			MobilePhone index_item = list.get(i);
			System.out.println(String.format("index_item:%s %d",
					index_item.getBrand(), index_item.getPrice()));
		}

 

四、forEach遍歷。Java8以後，每種容器都支持聯合應用forEach與Lambda表達式的遍歷方式，該方式的遍歷代碼見下：

		// 第四種遍歷方式：使用forEach方法夾帶Lambda表達式進行遍歷
		list.forEach(each_item -> System.out.println(String.format(
				"each_item:%s %d", each_item.getBrand(), each_item.getPrice())));

　　

儘管列表對於大多數的業務場景來講夠用了，但是仍舊沒法知足部分特定的業務需求，由於ArrayList默認把新元素添加到列表末尾，也不存在默認的刪除操做。而在計算機科學常見的數據結構當中，至少還有兩種是列表所不能實現的，其中一個叫作隊列Deque，另外一個叫作棧Stack。
隊列取材於生活中的排隊場景，譬如春運期間你們在火車站排隊買車票，雖然有個別人嚷嚷着「我要插隊」且自顧自地插了進去，也有人忍受不了漫長的等待而中途放棄排隊改成騎單車回家，但多數人都會循規蹈矩地從隊尾開始排隊，買了票以後從隊首離隊。因而排隊業務就抽象成爲這麼一種隊列結構：添加時默認往末尾添加，刪除時默認從開頭刪除。
至於棧則取材於計算機系統的寄存器操做，棧的特色是裏面保存的數據爲先進後出（同時也是後進先出），即最先添加的元素會被最後移除、最晚添加的元素會被最早移除。基於棧具備的數據先進後出特性，它經常使用於保存中斷時的斷點、保存子程序調用後的返回點、保存CPU的現場數據、在程序間傳遞參數等等。就棧做爲一種容器的角色而言，每次添加的元素會默認加到開頭，且每次刪除操做會默認刪去開頭的元素，從而實現後進先出/先進後出的機制。
然而不論是隊列仍是棧，它們的存儲形式都如同清單那樣線性排列，區別在於數據進出的默認方位。所以Java把隊列、棧以及清單三者加以融合，推出了鏈表LinkedList（又稱雙端隊列）這種數據結構，它一塊兒實現了List與Deque接口，並在某種程度上模擬了棧的功能，從而變成專治各類不服的萬能清單。
做爲清單你們族的一員，鏈表LinkedList的基本用法與列表ArrayList相同，並基於它的三個祖宗分別進行了下列方法拓展：
一、在清單List的功能加強方面，補充了以下的擴展方法：
addFirst：添加到清單開頭
addLast：添加到清單末尾
removeFirst：刪除清單開頭的元素
removeLast：刪除清單末尾的元素
getFirst：獲取清單開頭的元素
getLast：獲取清單末尾的元素
二、在隊列Queue的功能實現方面，提供了以下的隊列方法：
offer：添加到隊列末尾
offerFirst：添加到隊列開頭
offerLast：添加到隊列末尾
peek：獲取隊列開頭的元素
peekFirst：獲取隊列開頭的元素
peekLast：獲取隊列末尾的元素
poll：刪除隊列開頭的元素
pollFirst：刪除隊列開頭的元素
pollLast：刪除隊列末尾的元素
三、在棧Stack的功能模擬方面，添加了以下的額外方法：
pop：隊列開頭的元素出棧，至關於方法removeFirst和pollFirst
push：新元素入棧，至關於方法addFirst和offerFirst
總的來講，鏈表的數據存儲兼顧清單和隊列的組織結構，經常使用於對數據進出有特殊要求的場合，例如採起先進先出FIFO的隊列操做，以及採起先進後出FILO的棧操做。

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