【17期】什么情況用ArrayList or LinkedList呢?

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ArrayList 和 LinkedList 是 Java 集合框架中用來存儲對象引用列表的兩個類。ArrayList 和 LinkedList 都實現(xiàn) List 接口。先對List做一個簡單的了解：

列表（list）是元素的有序集合，也稱為序列。它提供了基于元素位置的操作，有助于快速訪問、添加和刪除列表中特定索引位置的元素。List 接口實現(xiàn)了 Collection 和 Iterable 作為父接口。它允許存儲重復值和空值，支持通過索引訪問元素。

讀完這篇文章要搞清楚的問題：ArrayList和LinkedList有什么不同之處？什么時候應(yīng)該用ArrayList什么時候又該用LinkedList呢？

下面以增加和刪除元素為例比較ArrayList和LinkedList的不同之處

增加元素到列表尾端：

在ArrayList中增加元素到隊列尾端的代碼如下：

public?boolean?add(E?e){
???ensureCapacity(size+1);//確保內(nèi)部數(shù)組有足夠的空間
???elementData[size++]=e;//將元素加入到數(shù)組的末尾，完成添加
???return?true;??????
}?

ArrayList中add()方法的性能決定于ensureCapacity()方法。ensureCapacity()的實現(xiàn)如下：

public?vod?ensureCapacity(int?minCapacity){
??modCount++;
??int?oldCapacity=elementData.length;
??if(minCapacity>oldCapacity){????//如果數(shù)組容量不足，進行擴容
??????Object[]?oldData=elementData;
??????int?newCapacity=(oldCapacity*3)/2+1;??//擴容到原始容量的1.5倍
??????if(newCapacitty//如果新容量小于最小需要的容量，則使用最小
????????????????????????????????????????????????????//需要的容量大小
?????????newCapacity=minCapacity?;??//進行擴容的數(shù)組復制
?????????elementData=Arrays.copyof(elementData,newCapacity);
??}
}

可以看到，只要ArrayList的當前容量足夠大，add()操作的效率非常高的。只有當ArrayList對容量的需求超出當前數(shù)組大小時，才需要進行擴容。擴容的過程中，會進行大量的數(shù)組復制操作。而數(shù)組復制時，最終將調(diào)用System.arraycopy()方法，因此add()操作的效率還是相當高的。

LinkedList 的add()操作實現(xiàn)如下，它也將任意元素增加到隊列的尾端：

public?boolean?add(E?e){
???addBefore(e,header);//將元素增加到header的前面
???return?true;
}

其中addBefore()的方法實現(xiàn)如下：

private?Entry?addBefore(E?e,Entry?entry){
?????Entry?newEntry?=?new?Entry(e,entry,entry.previous);
?????newEntry.provious.next=newEntry;
?????newEntry.next.previous=newEntry;
?????size++;
?????modCount++;
?????return?newEntry;
}

可見，LinkeList由于使用了鏈表的結(jié)構(gòu)，因此不需要維護容量的大小。從這點上說，它比ArrayList有一定的性能優(yōu)勢，然而，每次的元素增加都需要新建一個Entry對象，并進行更多的賦值操作。在頻繁的系統(tǒng)調(diào)用中，對性能會產(chǎn)生一定的影響。

增加元素到列表任意位置

除了提供元素到List的尾端，List接口還提供了在任意位置插入元素的方法：void add(int index,E element);

由于實現(xiàn)的不同，ArrayList和LinkedList在這個方法上存在一定的性能差異，由于ArrayList是基于數(shù)組實現(xiàn)的，而數(shù)組是一塊連續(xù)的內(nèi)存空間，如果在數(shù)組的任意位置插入元素，必然導致在該位置后的所有元素需要重新排列，因此，其效率相對會比較低。

以下代碼是ArrayList中的實現(xiàn)：

public?void?add(int?index,E?element){
???if(index>size||index<0)
??????throw?new?IndexOutOfBoundsException(
????????"Index:"+index+",size:?"+size);
?????????ensureCapacity(size+1);
?????????System.arraycopy(elementData,index,elementData,index+1,size-index);
?????????elementData[index]?=?element;
?????????size++;
}

可以看到每次插入操作，都會進行一次數(shù)組復制。而這個操作在增加元素到List尾端的時候是不存在的，大量的數(shù)組重組操作會導致系統(tǒng)性能低下。并且插入元素在List中的位置越是靠前，數(shù)組重組的開銷也越大。

而LinkedList此時顯示了優(yōu)勢：

public?void?add(int?index,E?element){
???addBefore(element,(index==size?header:entry(index)));
}

可見，對LinkedList來說，在List的尾端插入數(shù)據(jù)與在任意位置插入數(shù)據(jù)是一樣的，不會因為插入的位置靠前而導致插入的方法性能降低。

刪除任意位置元素

對于元素的刪除，List接口提供了在任意位置刪除元素的方法：

public?E?remove(int?index);

對ArrayList來說，remove()方法和add()方法是雷同的。在任意位置移除元素后，都要進行數(shù)組的重組。ArrayList的實現(xiàn)如下：

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

可以看到，在ArrayList的每一次有效的元素刪除操作后，都要進行數(shù)組的重組。并且刪除的位置越靠前，數(shù)組重組時的開銷越大。

public?E?remove(int?index){
??return?remove(entry(index));?????????
}
private?Entry?entry(int?index){
??if(index<0?||?index>=size)
??????throw?new?IndexOutBoundsException("Index:"+index+",size:"+size);
??????Entry?e=?header;
??????if(index<(size>>1)){//要刪除的元素位于前半段
?????????for(int?i=0;i<=index;i++)
?????????????e=e.next;
?????}else{
?????????for(int?i=size;i>index;i--)
?????????????e=e.previous;
?????}
?????????return?e;
}

在LinkedList的實現(xiàn)中，首先要通過循環(huán)找到要刪除的元素。如果要刪除的位置處于List的前半段，則從前往后找；若其位置處于后半段，則從后往前找。因此無論要刪除較為靠前或者靠后的元素都是非常高效的；但要移除List中間的元素卻幾乎要遍歷完半個List，在List擁有大量元素的情況下，效率很低。

容量參數(shù)

容量參數(shù)是ArrayList和Vector等基于數(shù)組的List的特有性能參數(shù)。它表示初始化的數(shù)組大小。當ArrayList所存儲的元素數(shù)量超過其已有大小時。它便會進行擴容，數(shù)組的擴容會導致整個數(shù)組進行一次內(nèi)存復制。因此合理的數(shù)組大小有助于減少數(shù)組擴容的次數(shù)，從而提高系統(tǒng)性能。

public??ArrayList(){
??this(10);??
}
public?ArrayList?(int?initialCapacity){
???super();
???if(initialCapacity<0)
???????throw?new?IllegalArgumentException("Illegal?Capacity:"+initialCapacity)
??????this.elementData=new?Object[initialCapacity];
}

ArrayList提供了一個可以制定初始數(shù)組大小的構(gòu)造函數(shù)：

public?ArrayList(int?initialCapacity)?

現(xiàn)以構(gòu)造一個擁有100萬元素的List為例，當使用默認初始化大小時，其消耗的相對時間為125ms左右，當直接制定數(shù)組大小為100萬時，構(gòu)造相同的ArrayList僅相對耗時16ms。

遍歷列表

遍歷列表操作是最常用的列表操作之一，在JDK1.5之后，至少有3中常用的列表遍歷方式：

• forEach操作

• 迭代器

• for循環(huán)。

String?tmp;
long?start=System.currentTimeMills();????//ForEach?
for(String?s:list){
????tmp=s;
}
System.out.println("foreach?spend:"+(System.currentTimeMills()-start));
start?=?System.currentTimeMills();
for(Iterator?it=list.iterator();it.hasNext();){????
???tmp=it.next();
}
System.out.println("Iterator?spend;"+(System.currentTimeMills()-start));
start=System.currentTimeMills();
int?size=;list.size();
for(int?i=0;i????tmp=list.get(i);
}
System.out.println("for?spend;"+(System.currentTimeMills()-start));

構(gòu)造一個擁有100萬數(shù)據(jù)的ArrayList和等價的LinkedList，使用以上代碼進行測試，測試結(jié)果：

可以看到，最簡便的ForEach循環(huán)并沒有很好的性能表現(xiàn)，綜合性能不如普通的迭代器，而是用for循環(huán)通過隨機訪問遍歷列表時，ArrayList表項很好，但是LinkedList的表現(xiàn)卻無法讓人接受，甚至沒有辦法等待程序的結(jié)束。這是因為對LinkedList進行隨機訪問時，總會進行一次列表的遍歷操作。性能非常差，應(yīng)避免使用。

總結(jié)

ArrayList和LinkedList在性能上各有優(yōu)缺點，都有各自所適用的地方，總的說來可以描述如下：

1．對ArrayList和LinkedList而言，在列表末尾增加一個元素所花的開銷都是固定的。

對ArrayList而言，主要是在內(nèi)部數(shù)組中增加一項，指向所添加的元素，偶爾可能會導致對數(shù)組重新進行分配；

而對LinkedList而言，這個開銷是統(tǒng)一的，分配一個內(nèi)部Entry對象。

2．在ArrayList的中間插入或刪除一個元素意味著這個列表中剩余的元素都會被移動；而在LinkedList的中間插入或刪除一個元素的開銷是固定的。

3．LinkedList不支持高效的隨機元素訪問。

4．ArrayList的空間浪費主要體現(xiàn)在在list列表的結(jié)尾預(yù)留一定的容量空間，而LinkedList的空間花費則體現(xiàn)在它的每一個元素都需要消耗相當?shù)目臻g

可以這樣說：當操作是在一列數(shù)據(jù)的后面添加數(shù)據(jù)而不是在前面或中間,并且需要隨機地訪問其中的元素時,使用ArrayList會有更好的性能；當操作是在一列數(shù)據(jù)的前面或中間添加或刪除數(shù)據(jù),并且按照順序訪問其中的元素時,就應(yīng)該使用LinkedList了。

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