Java List 完全攻略：從零開始掌握 ArrayList, LinkedList 用法與實戰技巧

1. 前言

Java 中 List 的重要性是什麼？

在 Java 程式設計中，「List」是經常出現的資料結構。特別是在需要一次管理多個值的情況下，由於它比陣列更靈活且易於使用，因此在許多實際應用中受到青睞。

「List」是 Java 集合框架的核心介面，通過 ArrayList、LinkedList 等各種實作類別，建構了能應對多樣化情境的機制。數據的建立、刪除、搜尋、更新等操作可以直覺地進行，這也是 List 受到支持的原因之一。

本文的目的與目標讀者

本文將從基礎到應用，系統地、易於初學者理解的方式解說「Java List」。主要針對以下讀者：

• 剛開始學習 Java，對 List 的使用感到不安的人
• 想清楚理解陣列（Array）與 List 差異的人
• 正在煩惱如何區分使用 ArrayList 和 LinkedList 的人
• 想在實際工作中重新複習 List 基礎知識的人

希望讀完本文後，能確實掌握 Java 中 List 的基本概念、實作方法和具體操作，並能自信地進行程式編寫。

從下一章開始，將首先從「什麼是 List？」這個基本部分開始，依序進行說明。

2. 什麼是 List？

List 的概述與特點

在 Java 中，「List」是以順序保持元素的集合介面。最大的特點是，元素的增加順序會被保留，並且可以使用索引（從 0 開始）來存取個別元素。

List 作為集合框架的一部分提供，具有以下功能：

• 允許元素重複
• 可以通過指定索引來獲取、更新、刪除元素
• 可以動態地增加或減少元素數量（與陣列不同，不是固定長度）

這使得數據操作更加靈活，在實際工作中也經常使用。

與陣列（Array）的差異

在 Java 中，陣列（int[]、String[] 等）也作為存放多個值的方式存在，但與 List 有一些不同之處。

因此，List 作為更靈活且功能更強大的集合，在許多情況下比陣列更具實用性。

List 介面及其實作類別

在 Java 中使用 List 時，通常使用 List 介面來宣告變數，並使用具體類別（實作類別）來建立實例。代表性的實作類別如下：

• ArrayList
  結構類似於陣列，可以實現高速存取。擅長數據搜尋和隨機存取。
• LinkedList
  每個元素都與前後元素相連。插入和刪除速度快，適合經常進行操作的列表。
• Vector
  類似於 ArrayList，但它是執行緒安全的，相對來說效率較低。目前較少使用。

一般來說，除非有特殊原因，否則ArrayList 是最常用的。您可以根據用途參考後面的效能比較來區分使用。

3. List 的基本用法

本節將依序解說在 Java 中使用 List 的基本操作。這裡主要以ArrayList 為例，介紹 List 的代表性操作。

List 的宣告與初始化

首先，是使用 ArrayList 對 List 進行基本宣告與初始化。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> fruits = new ArrayList<>();
    }
}

通常使用 List 介面宣告變數，並使用 ArrayList 建立實例。使用泛型指定要儲存的型別（這裡指定為 String）。

元素的新增（add）

若要將元素新增至 List，請使用 add() 方法。

fruits.add("りんご");
fruits.add("バナナ");
fruits.add("みかん");

這樣，三個元素將依序新增到 List 中。List 會保留元素的增加順序。

元素的獲取（get）

若要獲取指定索引的元素，請使用 get(int index)。

System.out.println(fruits.get(0)); // 「りんご」が表示される

請注意，索引是從 0 開始。

元素的更新（set）

若要更新某個位置的元素，請使用 set(int index, E element)。

fruits.set(1, "ぶどう"); // 2番目の要素「バナナ」が「ぶどう」に置き換わる

元素的刪除（remove）

也可以刪除特定索引或元素本身。

fruits.remove(0);           // 先頭の要素を削除
fruits.remove("みかん");    // 「みかん」を削除（最初に一致したものだけ）

獲取 List 的大小（size）

可以使用 size() 方法獲取當前元素的數量。

System.out.println(fruits.size()); // 2などが返る

檢查元素是否存在（contains）

若要檢查 List 是否包含特定元素，請使用 contains()。

if (fruits.contains("ぶどう")) {
    System.out.println("ぶどうはあります");
}

總結：常用基本操作一覽

4. List 的操作範例

本章將介紹使用 Java List 的實際操作範例。需要依序處理列表內元素的情況非常多，這裡將介紹使用for 迴圈、增強型 for 迴圈、Stream API 的代表性方法。

使用 for 迴圈遍歷

最基本的方法是使用 for 迴圈，通過索引來取出元素。

List<String> fruits = new ArrayList<>();
fruits.add("りんご");
fruits.add("バナナ");
fruits.add("みかん");

for (int i = 0; i < fruits.size(); i++) {
    System.out.println(fruits.get(i));
}

這種方法可以進行精確的索引控制。例如，在只想處理偶數位置的元素時非常有效。

使用增強型 for 迴圈（for-each）遍歷

如果想不考慮索引，依序處理所有元素，那麼增強型 for 迴圈非常方便。

for (String fruit : fruits) {
    System.out.println(fruit);
}

寫法簡單易讀，是最常用的方法之一。對於簡單的處理，這種方法足夠應付。

使用 Lambda 表達式和 Stream API 遍歷

從 Java 8 開始，也可以使用 Stream API 和 Lambda 表達式進行編寫。

fruits.stream().forEach(fruit -> System.out.println(fruit));

這種寫法的優點是可以將多個處理串連起來。例如，可以輕鬆地先根據特定條件過濾再輸出。

fruits.stream()
      .filter(fruit -> fruit.contains("ん"))
      .forEach(System.out::println);

這個範例中，只輸出包含「ん」的水果。特別推薦給想習慣函數式風格編程的人。

各種方法的區分使用

5. ArrayList 與 LinkedList 的差異與區分使用

作為實作 Java List 介面的代表性類別，有ArrayList 和LinkedList。兩者都可以作為 List 使用，但由於內部結構和效能特性的差異，在適當的場合區分使用非常重要。

ArrayList 的特點與適用用途

ArrayList 內部使用動態陣列（可變長度陣列）。

主要特點：

• 隨機存取（指定索引）速度非常快
• 若為列表末尾新增元素速度快（平均 O(1)）
• 中間插入或刪除會變慢（O(n)）

適用場景：

• 經常進行搜尋（get()）的場景
• 元素數量可以在事前一定程度上預測的場景
• 元素新增和刪除較少，以讀取為主的處理

List<String> list = new ArrayList<>();

LinkedList 的特點與適用用途

LinkedList 使用雙向連結列表的結構實現。

主要特點：

• 元素的新增和刪除速度快（特別是開頭或結尾）
• 隨機存取（get(index)）速度慢（O(n)）
• 記憶體消耗量比 ArrayList 稍微多一些

適用場景：

• 經常進行元素插入和刪除的場景（特別是開頭或中間）
• 想作為佇列（Queue）或堆疊（Stack）使用時
• 以疊代為主，不需要索引存取的情況

List<String> list = new LinkedList<>();

效能比較

下表顯示常用操作的理論計算複雜度（大 O 表示法）。

※ 實際處理時間也受到數據大小、JVM 優化等因素影響。

實際應用中區分使用的重點

• 如果「將數據視為列表，並透過索引存取」，則使用 ArrayList
• 如果「經常在開頭或中間插入・刪除」，則使用 LinkedList
• 在效能要求嚴苛的處理中，務必進行基準測試並驗證

6. List 的進階用法

本節將介紹讓 Java List 使用更方便的進階技巧。List 不僅僅是數據的集合體，還可以通過排序、洗牌、過濾、轉換等方式進行多種處理。

List 的排序（Collections.sort）

使用 Collections.sort() 可以將 List 中的元素按升序排序。元素需要實作 Comparable 介面。

import java.util.*;

List<String> fruits = new ArrayList<>();
fruits.add("バナナ");
fruits.add("りんご");
fruits.add("みかん");

Collections.sort(fruits);

System.out.println(fruits); // [みかん, りんご, バナナ]

以自訂順序排序時（使用 Comparator）

fruits.sort(Comparator.reverseOrder()); // 降順に並び替え

List 的洗牌（Collections.shuffle）

若要隨機打亂元素的順序，可以使用 Collections.shuffle()。

Collections.shuffle(fruits);
System.out.println(fruits); // [バナナ, みかん, りんご]（例）

在需要遊戲牌組或隨機顯示順序時很方便。

使用 Stream API 過濾（filter）

使用 Java 8 開始的 Stream，可以簡潔地編寫只提取符合條件的元素的處理。

List<String> filtered = fruits.stream()
    .filter(fruit -> fruit.contains("ん"))
    .collect(Collectors.toList());

System.out.println(filtered); // [みかん, りんご]

使用 Stream API 轉換（map）

若要將元素轉換為其他形式，請使用 map()。

List<Integer> lengths = fruits.stream()
    .map(String::length)
    .collect(Collectors.toList());

System.out.println(lengths); // 各果物名の文字数 [3, 3, 2] など

map() 在數據的格式轉換和預處理中是強大的工具。

進階操作總結

7. 常見錯誤及其處理方法

在使用 Java List 時，初學者特別容易遇到的問題是「例外（錯誤）」。這裡將具體解說實際上經常發生的代表性錯誤、其原因和解決方法。

IndexOutOfBoundsException（索引超出範圍錯誤）

發生原因：

嘗試存取不存在的索引時發生。

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("りんご");

System.out.println(list.get(1)); // エラー：Index 1 out of bounds

處理方法：

在存取前確認大小，或通過條件判斷來控制索引是否有效。

if (list.size() > 1) {
    System.out.println(list.get(1));
}

NullPointerException（空指標例外）

發生原因：

在 List 本身或 List 的元素為 null 的狀態下呼叫方法時發生。

List<String> list = null;
list.add("りんご"); // NullPointerException発生

處理方法：

事先確認變數不是 null，或利用 Optional 等。

或者，注意不要忘記初始化：

List<String> list = new ArrayList<>(); // 正しい初期化

ConcurrentModificationException（並發修改例外）

發生原因：

在使用 for-each 迴圈或 Iterator 遍歷 List 時，直接修改 List 時發生。

for (String fruit : list) {
    if (fruit.equals("バナナ")) {
        list.remove(fruit); // ConcurrentModificationException
    }
}

處理方法：

使用 Iterator 安全刪除，或使用 removeIf() 等方法。

或者，從 Java 8 開始可以更簡潔：

list.removeIf(fruit -> fruit.equals("バナナ"));

其他注意事項

• 確認 List 不是 null

僅宣告變數但未使用的情況非常多。初始化是必須的。

• 理解索引從 0 開始

這是初學者常見的錯誤，容易誤以為「第一個是索引 1」。

錯誤處理總結

8. 總結

回顧 Java List 的基礎知識

本文循序漸進地解說了 Java 中 List 的基礎到應用。List 在 Java 集合中是使用頻率特別高的，是靈活處理數據的重要工具。

首先，在掌握了什麼是 List 的基礎上，學習了以下重點：

• List 是有順序、允許重複的集合，可以進行索引操作
• 有ArrayList 和 LinkedList 兩個代表性的實作類別，特點和用途不同
• 掌握基本操作（新增、獲取、更新、刪除、搜尋）後，可以自由地操作數據
• for 迴圈、增強型 for 迴圈、Stream API 等，根據情況進行重複處理
• 也能應對排序、過濾、轉換等進階處理
• 理解常見錯誤及其原因和處理方法，可以預防問題發生

ArrayList 與 LinkedList 的區分使用

應該使用哪種 List 實作，根據處理內容和數據量適當選擇非常重要。以下判斷可作為參考：

• ArrayList：隨機存取多，以讀取為主
• LinkedList：經常發生插入・刪除，存取順序很重要

未來學習的方向

List 僅僅是 Java 集合的「入口」。為了處理更進階的數據結構和工具，建議深入理解以下類別和功能：

• Set・Map：管理唯一元素、鍵值對結構
• Collections 工具類別：排序、獲取最小・最大值等
• Stream API 的活用：引入函數式編程
• 泛型的理解：型別安全的集合操作

掌握 List 的基礎，Java 程式設計整體會變得更容易掌握。

常見問題（FAQ）

整理了關於 Java List 初學者特別容易疑問的重點。嚴選了實際工作中也經常遇到的內容。

Q1. Java 的 List 與陣列（Array）有什麼不同？

A. 陣列的元素數量是固定的，需要在宣告時決定大小。另一方面，List 的大小是可變的，可以靈活地新增或刪除元素。此外，List 提供了許多方便的方法（add, remove, contains 等），在可讀性和維護性方面也更優越。

Q2. ArrayList 與 LinkedList 應該使用哪一個？

A. 主要在隨機存取（指定索引獲取）較多的情況下適合使用 ArrayList，在經常發生元素插入・刪除的情況下適合使用 LinkedList。如果猶豫不決，通常從 ArrayList 開始使用。

Q3. List 可以存放基本型別（int 或 double 等）嗎？

A. 不能直接存放。Java 的 List 只能處理物件型別，因此對於 int 等基本型別，需要使用對應的包裹類別（Integer, Double 等）。

List<Integer> numbers = new ArrayList<>();
numbers.add(10); // オートボクシングされてInteger型として格納される

Q4. 想對 List 中的元素進行排序，應該怎麼做？

A. 使用 Collections.sort(list) 可以按升序排序。此外，如果想按自訂順序排序，可以指定 Comparator 來自由排序。

Q5. 如果想管理不重複的元素，應該怎麼做？

A. List 是允許重複的集合。若要避免重複，請考慮使用 Set（例如：HashSet）。但需要注意，Set 不保證順序。如果想在 List 中排除重複，也可以使用如下的 Stream 處理：

List<String> distinctList = list.stream()
    .distinct()
    .collect(Collectors.toList());

Q6. 如果想清除 List 中的所有內容，應該怎麼做？

A. 使用 clear() 方法可以刪除 List 中的所有元素。

list.clear();

Q7. 在 List 中最常用的操作是什麼？

A. 在實際應用中最常用的是 add（新增）、get（獲取）、remove（刪除）、size（獲取大小）。掌握了這些，基本處理就可以幾乎涵蓋。