源码剖析——ArrayList和LinkedList的区别

本文详细对比了ArrayList与LinkedList这两种Java集合类的特点与实现原理。针对它们的增删查改等基本操作进行了深入分析,并提供了具体代码示例。

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1、ArrayList是基于数组,LinkedList是基于链表

2、基于数组的ArrayList对于根据索引值查找比较高效;基于链表的LinkedList对于增加、删除操作比较高效

3、剖析CRUD:

ArrayList:

Create(增加):

public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }
    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        if (elementData == EMPTY_ELEMENTDATA) {
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }

        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }
 private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;

        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }
 private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        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);
    }

思路:1、首先size+1、然后判断size+1和elementData长度比较,若增加之后的size大于elementData长度,则进行动态增加数组elementData 长度
2、动态增加长度策略:对原来elementData长度进行oldCapacity + (oldCapacity >> 1)相当于elementData长度的1.5倍,然后用这个1.5倍与增加之后元素的个数比较,哪个大用哪个
3、然后进行数组elementData 的复制,长度采用上一步比较的数字。
(注意1、elementData 长度 并不一定等于数组内元素的个数。2、modCount 为本数组修改的次数(在add、remove和改变list的方法中)
这里写图片描述))

Retrieve(查询):

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

        return elementData(index);
    }

因为是基于数组,所以查询根据索引值可直接获取。
Update(修改):

 public E set(int index, E element) {
        rangeCheck(index);

        E oldValue = elementData(index);
        elementData[index] = element;
        return oldValue;
    }

先查再改,简单明了。
Delete(删除):

    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; // clear to let GC do its work

        return oldValue;
    }

思路:1、根据索引值,进行数组拷贝,把index之后的元素向前挪动1。
2、size-1索引的地方设为null,垃圾回收。

LinkedList:

Create(增加):

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

链表增加默认在尾部增加:将原先尾部的next指向新增的元素节点。
Retrieve(查询):

  public E get(int index) {
        checkElementIndex(index);  //检查索引值是否大于元素数目
        return node(index).item;
    }
  Node<E> node(int index) {
        // assert isElementIndex(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;
        }
    }

思路:1、若索引值小于链表长度的1/2,则在前半部查询,反之,则在后半部查询
Update(修改):
先查再改,耗时主要在查。
Delete(删除):

 public E remove(int index) {
        checkElementIndex(index);
        return unlink(node(index));
    }
    E unlink(Node<E> x) {
        // assert x != null;
        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;
    }

链表删除操作:1、将需要删除的prev节点next指向需要删除的next节点。
2、将需要删除的next节点prev指向需要删除的prev节点。

### Java中ArrayListLinkedList区别 #### 1. **底层数据结构** - `ArrayList` 是基于动态数组实现的,其内部维护了一个对象数组。当容量不足时,会自动扩容以容纳更多元素[^1]。 - `LinkedList` 则是一个双向链表结构,每个节点包含前驱指针、后继指针以及当前存储的数据项。这种设计使得它更适合频繁插入删除的操作[^2]。 #### 2. **性能对比** ##### 2.1 随机访问 - 对于随机访问(通过索引获取元素),`ArrayList` 提供 O(1) 时间复杂度的支持,因为它可以直接计算目标位置并返回相应值[^3]。 - 而 `LinkedList` 的随机访问效率较低,达到某个指定索引处的时间复杂度为 O(n),因为需要从头或者尾遍历至该位置[^4]。 ##### 2.2 插入删除 - 当涉及到中间位置上的插入或移除操作时,`ArrayList` 可能较慢,原因是这些动作可能引发大量后续元素向左或右整体平移的过程,平均时间复杂度接近 O(n)[^5]。 - 相反,在相同情况下,由于 `LinkedList` 不必调整其他部分仅需改变几个链接关系即可完成任务,因此它的此类操作通常更快一些,具有常数级即 O(1) 的理想情况下的表现[^6]。 ##### 2.3 内存占用 - 尽管如此,值得注意的是尽管单次增删更高效但每增加一个新项目到 `LinkedList` 中都需要额外分配两个引用空间用于保存前后连接信息,这导致总体内存消耗大于同等长度下简单连续排列形式呈现出来的 `ArrayList` 结构[^7]。 #### 3. **使用场景** ##### 适合使用 ArrayList 的场景: - 如果应用程序主要涉及大量的读取操作而非写入/修改,则应优先考虑采用 `ArrayList` ,因其提供了快速定位任意元素的能力[^8]。 ##### 适合使用 LinkedList 的场景: - 若业务逻辑里存在许多顺序无关紧要却经常发生的变化比如队列模拟等问题解决方案构建过程中的临时缓冲区管理等方面可以选用 `LinkedList` 来优化运行速度减少不必要的位移开销从而提升整个系统的响应速率[^9]。 ```java // ArrayList 示例代码 import java.util.ArrayList; public class Main { public static void main(String[] args){ ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<>(); arrayList.add("Element"); String element = arrayList.get(0); // 快速访问第一个元素 } } // LinkedList 示例代码 import java.util.LinkedList; public class Main { public static void main(String[] args){ LinkedList<Integer> linkedList = new LinkedList<>(); linkedList.addFirst(1); linkedList.removeLast(); // 效率高的首尾操作 Integer firstElement = linkedList.getFirst(); } } ``` #### 总结 综上所述,虽然两者都实现了相同的接口功能相似之处很多,但在具体应用层面还是各有千秋——前者凭借紧凑布局带来更好的缓存命中率进而提高迭代器遍历时的整体效能;后者依靠灵活机动特性适应那些侧重局部变动处理需求的应用环境之中[^10]。 ---
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