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实现List接口的三类-ArrayList -Vector -LinkedList

一、ArrayList

  1. 数据结构与存储原理
    • ArrayList是基于动态数组实现的。它在内存中是一块连续的存储空间。当创建一个ArrayList时,会初始化一个默认大小(通常为10)的数组。随着元素的不断添加,如果数组容量不够,会进行扩容操作,一般是创建一个更大的数组(如原数组大小的1.5倍),然后将原数组中的元素复制到新数组中。
  2. 性能特点
    • 随机访问性能好:由于其基于数组的存储方式,通过索引访问元素非常快速,时间复杂度为O(1)。例如,使用get(int index)方法获取指定索引的元素时,直接通过数组下标就可以定位到元素。
    • 插入和删除性能较差(除末尾操作):在中间位置插入或删除元素时,需要移动后面的元素,时间复杂度为O(n)。比如在索引为3的位置插入一个元素,那么索引3及其后面的所有元素都要向后移动一位。不过,在末尾添加元素的时间复杂度为O(1)。
  3. 常用场景
    • 适用于需要频繁进行随机访问操作,并且对元素的添加和删除操作主要在末尾进行的场景。例如,存储一组学生的成绩,需要经常查询某个学生的成绩(随机访问),偶尔在末尾添加新的成绩数据。

二、Vector

  1. 数据结构与存储原理
    • Vector和ArrayList类似,也是基于动态数组实现的。不同的是,Vector是线程安全的,它的很多方法都是通过synchronized关键字修饰的,这意味着在多线程环境下多个线程访问同一个Vector对象时会进行同步控制。
  2. 性能特点
    • 线程安全带来的性能损耗:由于其线程安全的特性,在多线程并发访问时需要进行同步锁的获取和释放操作,这使得它的性能相对ArrayList要低。在单线程环境下,它的性能和ArrayList类似。
    • 随机访问性能好:同样基于数组结构,随机访问元素的时间复杂度为O(1)。
    • 插入和删除性能较差(除末尾操作):在中间插入或删除元素时需要移动元素,时间复杂度为O(n),在末尾添加元素时间复杂度为O(1)。
  3. 常用场景
    • 在多线程环境下,如果需要一个线程安全的动态数组结构来存储数据时可以使用Vector。不过在Java 5之后,更推荐使用Collections.synchronizedList(new ArrayList<>())这种方式来创建线程安全的列表,因为它比Vector更灵活,并且在非并发情况下性能更好。

三、LinkedList

  1. 数据结构与存储原理
    • LinkedList是基于双向链表实现的。每个节点包含了数据元素、指向前一个节点的引用和指向后一个节点的引用。
  2. 性能特点
    • 随机访问性能差:由于链表结构,要访问链表中的某个元素,需要从链表头(或尾)开始逐个节点遍历,时间复杂度为O(n)。例如,使用get(int index)方法获取指定索引的元素时,需要遍历链表找到该元素。
    • 插入和删除性能好(特别是在中间位置):在链表中插入或删除一个元素,只需要修改节点之间的引用关系,时间复杂度为O(1)(如果已经定位到要插入或删除的节点位置)。但是,如果要根据索引插入或删除元素,需要先遍历链表找到该索引对应的节点,这个遍历过程的时间复杂度为O(n)。
  3. 常用场景
    • 适用于需要频繁进行插入和删除操作(尤其是在列表中间),而对随机访问操作要求不高的场景。例如,实现一个简单的队列或者栈结构,使用LinkedList就比较合适。

ArrayList的常用方法

ArrayList是Java中常用的动态数组,它实现了List接口,提供了一系列用于操作数组的方法。以下是一些ArrayList的常用方法:

  1. add(E e):将指定的元素添加到列表的末尾。
  2. add(int index, E element):将指定的元素插入到指定位置。
  3. remove(int index):移除指定位置的元素。
  4. remove(Object o):移除指定的元素。
  5. get(int index):获取指定位置的元素。
  6. set(int index, E element):替换指定位置的元素。
  7. size():返回列表中的元素个数。
  8. isEmpty():判断列表是否为空。
  9. contains(Object o):判断列表是否包含指定的元素。
  10. clear():清空列表中的所有元素。
  11. toArray():将列表转换为数组。
  12. sort(Comparator<? super E> c):对列表中的元素进行排序。

Vector的常用方法

Vector是Java中的一个动态数组,它与ArrayList类似,但Vector是线程安全的。以下是一些Vector的常用方法:

  1. add(E e):将指定的元素添加到向量的末尾。
  2. add(int index, E element):将指定的元素插入到指定位置。
  3. remove(int index):移除指定位置的元素。
  4. remove(Object o):移除指定的元素。
  5. get(int index):获取指定位置的元素。
  6. set(int index, E element):替换指定位置的元素。
  7. size():返回向量中的元素个数。
  8. isEmpty():判断向量是否为空。
  9. contains(Object o):判断向量是否包含指定的元素。
  10. clear():清空向量中的所有元素。
  11. toArray():将向量转换为数组。
  12. sort(Comparator<? super E> c):对向量中的元素进行排序。

LinkedList的常用方法

LinkedList是Java中的一个双向链表,它实现了List接口,提供了一系列用于操作链表的方法。以下是一些LinkedList的常用方法:

  1. add(E e):将指定的元素添加到链表的末尾。
  2. add(int index, E element):将指定的元素插入到指定位置。
  3. remove(int index):移除指定位置的元素。
  4. remove(Object o):移除指定的元素。
  5. get(int index):获取指定位置的元素。
  6. set(int index, E element):替换指定位置的元素。
  7. size():返回链表中的元素个数。
  8. isEmpty():判断链表是否为空。
  9. contains(Object o):判断链表是否包含指定的元素。
  10. clear():清空链表中的所有元素。
  11. toArray():将链表转换为数组。
  12. sort(Comparator<? super E> c):对链表中的元素进行排序。

总结

ArrayList、Vector和LinkedList都是Java中常用的集合类,它们都实现了List接口,提供了一系列用于操作列表的方法。ArrayList和Vector都是基于数组实现的,而LinkedList是基于双向链表实现的。ArrayList和Vector在大多数情况下可以互换使用,但Vector是线程安全的,因此在多线程环境下可能更适合。LinkedList在插入和删除操作上比ArrayList和Vector更高效,但在随机访问上比它们慢。

 

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