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如何在List中实现元素的置换_Collections.swap方法的内部实现

P粉602998670

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发布时间:2026-02-12 18:02:02

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来源于php中文网

原创

collections.swap通过直接操作底层引用实现元素交换,不改变list大小:arraylist为o(1)三次数组赋值,linkedlist为o(min距离)遍历后交换item字段,均抛indexoutofboundsexception而非arrayindexoutofboundsexception,且对不可修改list抛unsupportedoperationexception。

如何在list中实现元素的置换_collections.swap方法的内部实现

为什么 Collections.swap 不修改 List 大小却能交换元素

它只是直接操作底层容器的引用位置,不涉及扩容、移位或新建结构。对 ArrayList 来说,本质就是三次数组赋值;对 LinkedList,则是遍历到两个节点后交换它们的 item 字段(不是重连指针)。所以它快、安全、无副作用。

  • 只适用于支持随机访问或可遍历的 List 实现,比如 ArrayListLinkedListCopyOnWriteArrayList
  • 传入下标越界会抛 IndexOutOfBoundsException,不是 ArrayIndexOutOfBoundsException —— 注意这个异常类型差异
  • 如果 List 是 unmodifiableimmutable(如 Arrays.asList() 返回的、List.of() 创建的),调用会立即抛 UnsupportedOperationException

Collections.swap 在 ArrayList 和 LinkedList 中的行为差异

表面上看都是“交换两个索引处的元素”,但底层逻辑完全不同:前者靠下标直取,后者必须从头或尾开始找节点。这意味着时间复杂度不同,也影响你是否该用它。

  • ArrayList:O(1),两次 get + 一次 set,实际是三行数组操作:Object tmp = list[i]; list[i] = list[j]; list[j] = tmp;
  • LinkedList:O(min(i, j, size-i, size-j)),它会选离得近的一端开始遍历,找到两个节点后再交换 node.item —— 并不改 next/prev 指针
  • 如果你频繁在 LinkedList 中按索引 swap,性能可能比预期差很多,尤其是靠近尾部时

自己手写 swap 时最容易漏掉的边界检查

官方 Collections.swap 会校验 i == j、负数下标、越界,但很多人自己写就只做 tmp = a[i]; a[i] = a[j]; a[j] = tmp;,结果在线上出问题。

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  • 必须先检查 i >= 0 && j >= 0,否则 ArrayListelementData[i] 会触发 ArrayIndexOutOfBoundsException,而标准异常应是 IndexOutOfBoundsException
  • 必须检查 i ,不能只用 <code>size - 1 做上限,因为 size 可能为 0
  • 允许 i == j,此时什么也不做 —— 这是规范行为,不是 bug

什么情况下不该用 Collections.swap

它很轻量,但不是万能的。有些场景看似适合,实则藏着隐性成本或语义错误。

  • 要交换的是子列表(subList)里的元素?不行 —— subList 返回的是视图,swap 会作用于原列表,但下标需按原列表算,极易错位
  • List 被多个线程并发读写?Collections.swap 本身不加锁,也不是原子操作(三步赋值),需要外层同步
  • 元素是 null 敏感的(比如后续有 Objects.requireNonNull)?swap 本身不判空,但若原来某位置是 null,交换后 null 就跑到别处去了,容易引发 NPE 且难定位

真正要注意的,是它不改变结构、不触发回调、不通知观察者 —— 所有基于 List 结构变更的监听机制(比如 PropertyChangeListener 或某些 UI 绑定)对 swap 完全无感。

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