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前言

‌ArrayList和LinkedList的主要区别在于它们的底层数据结构、性能特点以及适用场景。‌ArrayList和LinkedList从名字分析,他们一个是Array(动态数组)的数据结构,一个是Linked(链表)的数据结构,此外,他们两个都是对List接口的实现。前者是数组队列,相当于动态数组;后者为双向链表结构,也可当作堆栈、队列、双端队列。

一、底层数据结构

ArrayList‌:基于动态数组实现。它维护一个Object类型的数组来存储元素,可以根据需要自动扩展容量。当元素数量超过当前容量时,ArrayList会进行扩容操作,通常是将现有元素复制到一个新的更大数组中‌。 

LinkedList‌:基于双向链表实现。每个节点包含存储的元素、指向前一个节点的引用和指向下一个节点的引用。LinkedList不需要预先分配固定大小的空间,可以在链表的头部或尾部灵活地添加或删除元素‌。

二、性能特点

2‌.1 查询性能‌:

ArrayList‌:通过索引直接访问元素,查询速度非常快,时间复杂度为O(1)。适合需要频繁访问特定‌位置数据的场景‌。

LinkedList‌:由于需要遍历链表来找到指定索引的元素,查询速度较慢,时间复杂度为O(n)‌。

2.2 添加和删除性能‌:

‌ArrayList‌:在列表中间插入或删除元素时,需要移动后续的所有元素,时间复杂度为O(n)。因此,在列表中间进行添加或删除操作时,LinkedList通常更快‌。

LinkedList‌:在头部或尾部添加或删除元素时,只需更改指针引用,时间复杂度为O(1),因此在这些位置进行操作时更快‌。

三、空间和耗时效率对比

从利用效率来看,ArrayList自由性较低,因为它需要手动的设置固定大小的变化,但是他的使用比较方便,只需要创建,然后添加数据,通过调用下标进行使用;而LinkedList自由性较高,能够动态的数据量的变化而变化,但是他不便于使用。

ArrayList主要的空间开销在于需要在IList列表预留一定空间;而LinkedList主要空间开销在于需要存储节点信息以及结点指针信息。

ArrayList想要在指定位置插入或删除元素时,主要耗时的是 System.arraycopy 动作,会移动 index 后面所有的元素;LinkedList 主耗时的是要先通过 for 循环找到 index,然后直接插入或删除。这就导致了两者并非一定谁快谁慢。 主要有两个因素决定他们的效率,插入的数据量和插入的位置。

LinkedList需要更多的内存,因为ArrayList的每个索引的位置是实际的数据,而LinkedList中的每个节点中存储的是实际的数据和前后节点的位置。

四、ArrayList 扩容问题

ArrayList 使用一个内置的数组来存储元素,这个数组的起始容量是 10,当数组需要增长时,新的容量按如下公式获得:新容量=(旧容量*3)/2+1,也就是说每一次容量大概会增长50%。这就意味着,如果你有一个包含大量元素的 ArrayList 对象,那么最终将有很大的空间会被浪费掉,这个浪费是由ArrayList的工作方式本身造成的。如果没有足够的空间来存放新的元素,数组将不得不被重新进行分配以便能够增加新的元素。对数组进行重新分配,将会导致性能急剧下降。

五、ArrayList随机访问比LinkedList快的原因

ArrayList从原理上就是数据结构中的数组,也就是内存中的一片空间,这意味着,当我get(index)的时候,我可以根据数组的首地址+偏移量,直接计算出我想访问的第index元素在内存中的位置;而LinkedList可以简单理解为数据结构中的链表,在内存中开辟的不是一段连续的空间,而是每个元素有一个元素和下一个元素地址这样的内存结构,当get(index)时,只能从首元素开始,依次获取下一个元素的地址。上面已经说过,用时间复杂度来表示的话,ArrayList的get(index)是O(1),而LinkedList是O(n)。

我们编写代码对比测试,说明两者的性能:

1. 定义抽象类,作为List接口的测试,并定义有测试方法

//定义内部抽象类,作为List测试。
private abstract static class Tester {String name;int size;Tester(String name, int size) {this.name = name;this.size = size;}//定义抽象方法abstract void test(List a);}

2. 定义一个测试的数组,分别存储获取、遍历、插入和删除的方法

private static final int LOOP_COUNTS = 1000;private static Tester[] tests = {//一个测试数组,存储get(随机取)、iteration(顺序遍历)、insert(中间插入)、remove(随机删除)new Tester("get", 500) {void test(List a) {for (int i = 0; i < LOOP_COUNTS; i++) {for (int j = 0; j < a.size(); j++) {a.get(j);}}}},new Tester("iteration", 500) {void test(List a) {for (int i = 0; i < LOOP_COUNTS; i++) {Iterator it = a.iterator();while (it.hasNext()) {it.next();}}}},new Tester("insert", 2000) {void test(List a) {int half = a.size() / 2;String s = "test";ListIterator it = a.listIterator(half);for (int i = 0; i < size * 10; i++) {it.add(s);}}},new Tester("remove", 5000) {void test(List a) {ListIterator it = a.listIterator(3);while (it.hasNext()) {it.next();it.remove();}}}};

 3. 编写测试方法

public static void test(List a) {//输出测试的类名称System.out.println("Testing for --" + a.getClass().getName());for (int i = 0; i < tests.length; i++) {fill(a, tests[i].size);//填充空集合System.out.print(tests[i].name);long t1 = System.currentTimeMillis();tests[i].test(a);//进行测试long t2 = System.currentTimeMillis();System.out.print("花费时间:" + (t2 - t1) + " ms ,");}}public static Collection fill(Collection c, int size) {for (int i = 0; i < size; i++) {c.add(Integer.toString(i));}return c;}

4. 调用ArrayList和LinkedList的方法

public static void main(String[] args) {test(new ArrayList());System.out.println();test(new LinkedList());}

 5. 运行结果

六、适用场景

‌ArrayList‌:适合需要频繁访问特定位置数据的场景,如排行榜、购物车列表等。由于扩容机制的存在,建议在创建时指定初始容量以减少扩容次数‌。

‌LinkedList‌:适合需要频繁在列表开头、中间或末尾进行添加和删除操作的场景。由于其链表结构,插入和删除操作更为高效‌。

总之, 它们的适用场景:Array数组,查找快,插入删除慢。 适用于频繁查找和修改的场景。Linked链表,插入删除快,查找修改慢。适用于频繁添加和删除的场景。

http://www.mmbaike.com/news/32954.html

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