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？

本文的目的與目標讀者

• 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

2. 什麼是 List？

List 的概述與特點

• 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）

與陣列（Array）的差異

List 介面及其實作類別

• 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。

3. List 的基本用法

List 的宣告與初始化

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

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

元素的新增（add）

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

元素的獲取（get）

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

元素的更新（set）

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）

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）

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

檢查元素是否存在（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

使用 for 迴圈遍歷

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));
}

使用增強型 for 迴圈（for-each）遍歷

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

使用 Lambda 表達式和 Stream API 遍歷

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

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

各種方法的區分使用

5. ArrayList 與 LinkedList 的差異與區分使用

ArrayList 的特點與適用用途

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

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

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

List 的排序（Collections.sort）

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）

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

使用 Stream API 過濾（filter）

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）

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

進階操作總結

7. 常見錯誤及其處理方法

IndexOutOfBoundsException（索引超出範圍錯誤）

發生原因：

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：

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

NullPointerException（空指標例外）

發生原因：

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

處理方法：

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

ConcurrentModificationException（並發修改例外）

發生原因：

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

處理方法：

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

其他注意事項

• • 確認 List 不是 null

• • 理解索引從 0 開始

錯誤處理總結

8. 總結

回顧 Java List 的基礎知識

• 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

• 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

• 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

常見問題（FAQ）

Q1. Java 的 List 與陣列（Array）有什麼不同？

Q2. ArrayList 與 LinkedList 應該使用哪一個？

Q3. List 可以存放基本型別（int 或 double 等）嗎？

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？

Q5. 如果想管理不重複的元素，應該怎麼做？

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？

list.clear();

Q7. 在 List 中最常用的操作是什麼？