ArrayList & LinkedList

最新推荐文章于 2025-05-15 14:58:57 发布

abc04052038

最新推荐文章于 2025-05-15 14:58:57 发布

阅读量231

点赞数

CC 4.0 BY-SA版权

分类专栏： JAVA Basic Knowledge

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/abc04052038/article/details/50836170

JAVA Basic Knowledge 专栏收录该内容

6 篇文章

订阅专栏

本文详细解析了ArrayList和LinkedList的数据结构、实现原理、操作方法以及性能对比，帮助开发者理解这两种集合类的不同之处及其适用场景。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

ArrayList & LinkedList

ArrayList

class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {}

ArrayList, 基于数组实现，是一个动态数组，能够自动扩容，DEFAULT_CAPACITY=10。类定义中主要有两个私有变量：
private transient Object[] elementData; //被标记为transient的属性在对象被序列化的时候不会被保存
private int size;
对于ArrayList而言，它实现List接口、底层使用数组保存所有元素。其操作基本上是对数组的操作。
ArrayList提供了三种方式的构造函数：

public ArrayList(int initialCapacity) {
    super();
    if (initialCapacity < 0)
        throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: " + initialCapacity);
    this.elementData = new Object[initialCapacity];
}
public ArrayList() {
    super();
    this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
    elementData = c.toArray();
    size = elementData.length;
    if (elementData.getClass() != Object[].class)
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
}

ArrayList提供了set(int index, E element), add(E e), add(int index, E element), addAll(Collection<? extends E> c), addAll(int index, Collection<? extends E> c)这些添加元素的方法，add（）中都会先调用ensureCapacity(size+1)保证数组不会越界。
元素读取直接return (E) elementData[index];
元素删除提供了remove(int index)和remove(Object o)两种方式，都使用到System.arraycopy() native方法，将移除位置之后的元素向前挪动一个位置，list末尾元素置空(null)，返回被移除的元素。

public void add(int index, E element) {
    rangeCheckForAdd(index);

    ensureCapacityInternal(size + 1);
    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index+1, size - index);
    elementData[index] = element;
    size++;
}

public E remove(int index) {
    rangeCheck(index);

    modCount++;
    E oldValue = elementData(index);
    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
    elementData[--size] = null;
    return oldValue;
}

总结：ArrayList每次增加元素时都要调用扩容方法，以确保足够的容量，当容量不够时，每次增加元素，都要将原来的元素拷贝到一个新的数组中，非常耗时。ArrayList的实现中大量地调用了Arrays.copyOf()和System.arraycopy()方法，用于复制新数组。ArrayList基于数组实现，可以通过下标索引直接查找到指定位置的元素，因此查找效率高，但每次插入或删除元素，就要大量地移动元素，插入删除元素的效率低。

LinkedList

class LinkedList<E> extends AbstractSequentialList<E> implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable {}

LinkedList底层的数据结构是基于双向循环链表的，可以用来实现队列和栈，既然是双向链表，必然存在一种数据结构-我们称之为Node节点。
LinkedList中定义了三个属性：
transient int size = 0;
transient Node first;
transient Node last;
首先看下Node节点的定义：

private static class Node<E> {
    E item;
    Node<E> next;
    Node<E> prev;

    Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
        this.item = element;
        this.next = next;
        this.prev = prev;
    }
}

LinkedList提供了两个构造方法：

public LinkedList() {}

public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
    this();
    addAll(c);
}

元素添加方法:

public boolean add(E e) {
    linkLast(e);
    return true;
}

public void add(int index, E element) {
    checkPositionIndex(index);

    if (index == size)
        linkLast(element);
    else
        linkBefore(element, node(index));
}

private void linkFirst(E e) {
    final Node<E> f = first;
    final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
    first = newNode;
    if (f == null)
        last = newNode;
    else
        f.prev = newNode;
    size++;
    modCount++;
}

void linkLast(E e) {
    final Node<E> l = last;
    final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
    last = newNode;
    if (l == null)
        first = newNode;
    else
        l.next = newNode;
    size++;
    modCount++;
}

void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
    final Node<E> pred = succ.prev;
    final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
    succ.prev = newNode;
    if (pred == null)
        first = newNode;
    else
        pred.next = newNode;
    size++;
    modCount++;
}

public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
    checkPositionIndex(index);

    Object[] a = c.toArray();
    int numNew = a.length;
    if (numNew == 0)
        return false;

    Node<E> pred, succ;
    if (index == size) {
        succ = null;
        pred = last;
    } else {
        succ = node(index);
        pred = succ.prev;
    }

    for (Object o : a) {
        @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) o;
        Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, null);
        if (pred == null)
            first = newNode;
        else
            pred.next = newNode;
        pred = newNode;
    }

    if (succ == null) {
        last = pred;
    } else {
        pred.next = succ;
        succ.prev = pred;
    }

    size += numNew;
    modCount++;
    return true;
}

LinkedList还实现了get(int index), contains(Object o)，remove(int index), remove(Object o), clear(), indexOf()等方法
获取指定位置的节点方法，采取了居中判断提高效率：

Node<E> node(int index) {
    if (index < (size >> 1)) {
        Node<E> x = first;
        for (int i = 0; i < index; i++)
            x = x.next;
        return x;
    } else {
        Node<E> x = last;
        for (int i = size - 1; i > index; i--)
            x = x.prev;
        return x;
    }
}

public int indexOf(Objec o) {
    int index = 0;
    if (o == null) {
        for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
            if (x.item == null)
                return index;
            index++;
        }
    } else {
        for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
            if (o.equals(x.item))
                return index;
            index++;
        }
    }
    return -1;
}

E unlink(Node<E> x) {
    final E element = x.item;
    final Node<E> next = x.next;
    final Node<E> prev = x.prev;

    if (prev == null) {
        first = next;
    } else {
        prev.next = next;
        x.prev = null;
    }

    if (next == null) {
        last = prev;
    } else {
        next.prev = prev;
        x.next = null;
    }

    x.item = null;
    size--;
    modCount++;
    return element;
}