Java集合类— List学习笔记
参考资料：中文版(Google) java8 API - List
Java集合框架中List占用举足轻重的地步，想必每一个java开发都有使用过它。
该文主要介绍List集合(实现)和它相关的工具类，并不对其他集合类深入讨论，只与List集合做对比。
List集合特点
1、有序集合，插入的元素是有先后顺序的
2、允许重复的元素
3、listIterator()迭代器，允许元件插入、更换、双向访问，listIterator(int index)从列表中的指定位置开始的列表迭代器。
List集合与Set集合
参考资料：中文版(Google) java8 API - Set
List集合与Set集合作为java集合框架的顶层接口它们都继承了 Collection，所以它们有Collection集合拥有的全部特性，比如它们都是可以迭代的Iterator。
List集合：元素有序可重复，先插入的在前面后插入的在后面，当然也可在指定下标位置查询get(int index)、插入add(int index, E element)、替换set(int index, E element)、删除remove(int index)。
Set集合：元素无序不可重复，所有方法都是从父接口Collection继承类，没有自己特有的方法，由于不可重复，可以用它去除集合中重复元素。
List集合实现类
List只是一个顶层集合接口，具体的工作还要交给它的实现类来实现。
ArrayList
参考资料：ArrayList
1、基于java数组实现的，内部是一个Object[]组。
2、由于内部是数组，所以根据下标检索get(int index)和替换set(int index, E element)元素很快。
3、添加元素时，数组长度不足以存放新的元素时，需要扩容，将原有数组复制到新的数组中。
//扩容源码，
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;
//增加原有容量的一半
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}4、插入元素时，需要将当期下标位置之后的元素整体向后移动一个位置。
5、删除元素时，移除指定下标位置元素，将之后的元素整体向前移动一个位置。
6、非线程安全、不支持多线程操作，线程安全CopyOnWriteArrayList
综上所述：
1、ArrayList更适合检索，不适合频繁的添加、插入、删除。
2、创建ArrayList时，尽量指定一个初始大小ArrayList(int initialCapacity)与实际添加元素数量接近(大于等于)。
LinkedList
参考资料：LinkedList
1、双链表实现了List和Deque接口，内部是Node<E>链表。
2、对于检索get(int index)和替换set(int index, E element)操作,需要遍历双向链表，效率较低。
3、添加元素时，支持链表头部(addFirst(E e))和尾部(addFirst(E e)、add(E e) )添加，效率很高
4、插入元素时，先找到下标所在元素位置这个过程需要遍历链表，然后打开链表插入元素，效率比头尾添加低。
5、删除元素时，效率由高到低:
removeFirst()/removeLast()/remove()(删除头元素等价于removeFirst())，头尾删除不需要遍历链表
remove(int index)/remove(Object o)，遍历链表找到元素后删除。
综上所述：LinkedList更适合添加和插入(相比ArrayList)，根据下标检索不如ArrayList。
Vector
参考资料：Vector
1、与ArrayList相同内部使用了数组进行存储。
2、 在ArrayList基础上增加了线程安全特性(方法添加synchronized)，数组扩容有所不同Vector添加一个扩容成员变量capacityIncrement。
//数组扩容
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;
//如果capacityIncrement>0扩容capacityIncrement大小，否则扩容oldCapacity大小
int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ?
capacityIncrement : oldCapacity);
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}综上所述:Vector就是线程安全的ArrayList。
CopyOnWriteArrayList
参考资料：CopyOnWriteArrayList
1、一个线程安全的变体的ArrayList，内部也是用数组实现的。
2、所有可变操作（ add ， set ，等等），需要复制一个数组，在这个数组上进行操作。比如 add(E e)
public boolean add(E e) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
//原有的数组
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
//复制后的新数组
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
newElements[len] = e;
//替换原数组
setArray(newElements);
return true;
} finally {
lock.unlock();
}
}3、对于迭代器Iterator<E>和 ListIterator<E>不进行变更操作会跑出UnsupportedOperationException异常，因为迭代器使用的是它内部数组实现的，并不是数组副本。
综上所述：
1、多线程共享同一List集合。
2、当遍历操作大大超过可变操作。
小节
本小节介绍了List集合一些常用的实现类，它们内部数据存储结构和使用场景。
Collections#synchronizedList
参考资料：Collections
1、返回由指定列表支持的同步（线程安全）List。
2、使用委派模式，委派给传入的List，在其基础上添加一个同步锁。如：get(int index)
public E get(int index) {
synchronized (mutex) {return list.get(index);}
}锁对象可以自己制定synchronizedList(List<T> list, Object mutex)，默认是this(Collections.SynchronizedRandomAccessList或Collections.SynchronizedList)对象。
3、有两种实现
Collections.SynchronizedRandomAccessList：实现随机访问接口RandomAccess，如果传入list实现了该接口
Collections.SynchronizedList：不支持随机访问。
4、与Vector的区别
Vector
基于数组实现的线程安全类。
方法同步，锁对象是this。
public synchronized boolean add(E e) {
modCount++;
ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
elementData[elementCount++] = e;
return true;
}迭代器方法iterator()和listIterator()有同步锁。
Collections#synchronizedList
内部没有任何具体实现，所有方法加上同步锁后依赖于传入的List集合。
只要是实现List接口就可以使用该方法，具有很好的扩展性，
代码块同步锁，可以自己指定锁对象。
public void add(int index, E element) {
synchronized (mutex) {list.add(index, element);}
}迭代器方法iterator()和listIterator()没有添加同步锁，所以在使用它们的时候需要手动加锁。
RandomAccess随机访问接口
参考资料：RandomAccess
List实现类使用该接口标记，说明它支持快速随机访问。下面的两个循环，第一个比第二个循环运行得更快，就认为这个List实现类具有快速随机访问，从而可以用RandomAccess标记该类。
for (int i=0, n=list.size(); i < n; i++)
list.get(i); for (Iterator i=list.iterator(); i.hasNext(); )
i.next(); List实现类ArrayList和LinkedList， 前者使用数组实现它就具有快速随机访问，后者使用链表实现具有顺序访问而不具备快速随机访问，所以在使用fori(第一个)或forEach(第二个)循环时最好使用list instanceof RandomAccess判断一下改类是否支持快速随机访问，如果数据量很大访问速度将得到很明显的提升。
Arrays#asList
1、把数组转换成List集合。
2、使用内部Arrays.ArrayList实现的,它继承了AbstractList，增删改抛出UnsupportedOperationException异常。
3、可以将返回的List转换成ArrayList集合，这样就可以进行增删改了。
总结
本章介绍了与List集合相关的工具类(Arrays#asList、Collections#synchronizedList)和一些常用的实现类有线程和非线程安全的，数据结构有所不同(链表和数组)，根据具体的使用场景选用不同的实现类。