27、ArrayList和LinkedList的区别

在Java的List类型集合中，ArrayList和LinkedList大概是最常用到的2个了，细看了一下它们的实现，发现区别还是很大的，这里简单的列一下个人比较关心的区别。

类声明

ArrayList

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

LinkedList

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

二者的定义有些相近，除了都实现List、Cloneable和Serializable以外，继承的类不一样，以及接口有细微的区别。

public abstract class AbstractSequentialList<E> extends AbstractList<E>

AbstractSequentialList也继承自AbstractList，它只是多了一些实现的方法，参照API的doc，这个类用于按顺序访问的List的实现，所谓顺序访问（sequential access），可以与随即访问（random access）的ArrayList对比去理解。

Deque是一个双向（double ended queue）的Queue的接口，因为这个接口的区别，LinkedList里实现的方法要比ArrayList多一些。

元素存储方式

ArrayList：采用数组方式

private transient Object[] elementData;

LinedList：采用链表

 private transient Entry<E> header = new Entry<E>(null, null, null);
 private static class Entry<E> {
     E element;
     Entry<E> next;
     Entry<E> previous;
     Entry(E element, Entry<E> next, Entry<E> previous) {
         this.element = element;
         this.next = next;
         this.previous = previous;
     }
 }

很好理解，从字面都可以理解出来，一个是数组实现，一个是链表实现。

元素添加

二者都有几个add()方法，

void add(E item)  向滚动列表的末尾添加指定的项。 void add(E item, int index)  向滚动列表中索引指示的位置添加指定的项。

先看看ArrayList的实现：

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

 public boolean add(E e) {
     ensureCapacity(size + 1);  // Increments modCount!!
     elementData[size++] = e;
     return true;
 }

对于add(E e)方法，非常简单，首先确保数组容量，然后直接赋值。在不需要扩充数组容量的情况下，效率非常高，而一旦需要数组扩容，代价就会上升：

 public void ensureCapacity(int minCapacity) {
     modCount++;
     int oldCapacity = elementData.length;
     if (minCapacity > oldCapacity) {
         Object oldData[] = elementData;
         int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;
         if (newCapacity < minCapacity)
             newCapacity = minCapacity; // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
         elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
     }
 }

因为它需要将已有的数组复制到新的数组里去。由此便可以想到一个提高add()效率的方法，在一开始尽量设定一个合理的数组容量，那么可以有效地减少数组的扩容和大量的复制。

对于add(int index, E e)，比起add(E e)，多一个可能的复制操作，这样才能保证在合理的位置插入新的元素。

LinkedList的实现：

 public boolean add(E e) {
     addBefore(e, header);
     return true;
 }

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

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

 private Entry<E> entry(int index) {
     if (index < 0 || index >= size)
         throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+", Size: "+size);
     Entry<E> e = header;
     if (index < (size >> 1)) {
         for (int i = 0; i <= index; i++)
             e = e.next;
     } else {
         for (int i = size; i > index; i--)
             e = e.previous;
     }
     return e;
 }

粗略看起来要复杂一些，因为LinkedList同时还是一个Deque（JDK 1.6新添加的），所以它的实现也要兼顾双向队列。

下面从一个空的LinkedList开始，看看新的元素是如何添加进来的：

 List<Integer> ints = new LinkedList<Integer>();
 ints.add(1);
 ints.add(2);
 ints.add(3);
 System.out.println(ints); //[1, 2, 3]

下面一步一步看List内部header和元素之间的关系：

• 初始化： header.element = null; header.next=header.previous=header 这里是一个环状的结构，自己的p和n指针都指向自己

• 添加第一个元素“1”:header.element=null;header.next=1;header.previous=1; 2个元素相互连接
• 添加第二个元素“2” 这里很明显看来了，是一个环状结构

• 添加第三个元素“3” 既然是一个环状，干脆用圆形显示好了，貌似画的不太圆。。。

这里总结一下两种的差别：

• 对于元素的add()来说，LinkedList要比ArrayList要快一些，因为ArrayList可能需要额外的扩容操作，当然如果没有扩容，二者没有很大的差别
• 对于元素的add(int, element),对于LinkedList来说，代价主要在遍历获取插入的位置的元素，而ArrayList的主要代价在于可能有额外的扩容和大量元素的移动
• 小结：对于简单的元素添加，如果事先知道元素的个数，采用预置大小的ArrayList要更好，反之可以考虑LinkedList

元素移除

ArrayList的元素移除：

 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; // Let gc do its work
     return oldValue;
 }

 public boolean remove(Object o) {
     if (o == null) {
         for (int index = 0; index < size; index++)
             if (elementData[index] == null) {
                 fastRemove(index);
                 return true;
             }
     } else {
         for (int index = 0; index < size; index++)
             if (o.equals(elementData[index])) {
                 fastRemove(index);
                 return true;
             }
         }

     return false;

 }

 /*

  * Private remove method that skips bounds checking and does not

  * return the value removed.

  */

 private void fastRemove(int index) {
     modCount++;
     int numMoved = size - index - 1;
     if (numMoved > 0)
         System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,numMoved);
     elementData[--size] = null; // Let gc do its work
 }

remove(int)和remove(Object)两种方式的返回值是有区别的哦

对于ArrayList来说，主要是的仍然会有元素的移动（这里就是数组的复制），虽然采用的是System的arrayCopy，但是本质上还是复制的思路。还有一点需要注意的是，remove(Object)对null值进行单独处理，这里也说明ArrayList是可以存取null的。

LinkedList元素移除：

 public E remove(int index) {

      return remove(entry(index));

  }

  /**

   * Returns the indexed entry.

   */

  private Entry<E> entry(int index) {

      if (index < 0 || index >= size)

          throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+

                                              ", Size: "+size);

      Entry<E> e = header;

      if (index < (size >> 1)) {

          for (int i = 0; i <= index; i++)

              e = e.next;

      } else {

          for (int i = size; i > index; i--)

              e = e.previous;

      }

      return e;

  }

 public boolean remove(Object o) {

      if (o==null) {

          for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) {

              if (e.element==null) {

                  remove(e);

                  return true;

              }

          }

      } else {

          for (Entry<E> e = header.next; e != header; e = e.next) {

              if (o.equals(e.element)) {

                  remove(e);

                  return true;

              }

          }

      }

      return false;

  }

这里的实现就是典型的链表删除的实现，其中有几个细节需要提一下：

• modCount的处理，这个变量是用来存储List的修改的次数的，仅仅存储添加和删除的操作此书，用来在Iterator中判断List的状态和行为，防止不同步的修改，抛出ConcurrentModificationException
• 通过索引访问元素的实现entry(int)，这里有一个小细节，

   if (index < (size >> 1)) {

如果元素的位置在前半段，那么通过next指针查找，否则通过previous指针查找。这一行代码有2个值得学习的地方，第一查找的优化，根据位置判断查找的方向，第二移位操作的运用。不得不佩服Bloch的编程功底。

小结一下：

删除操作中，LinkedList更有优势，一旦找到了删除的节点，它仅仅只是断开链接关系，并没有元素复制移动的行为，而ArrayList不可避免的又要进行元素的移动。

元素索引

indexOf(Object o)  回此列表中第一次出现的指定元素的索引；如果此列表不包含该元素，则返回 -1。

ArrayList的实现：

 public int indexOf(Object o) {
     if (o == null) {
         for (int i = 0; i < size; i++)
         if (elementData[i]==null)
             return i;

     } else {
             for (int i = 0; i < size; i++)

                 if (o.equals(elementData[i]))

                         return i;

     }
     return -1;
 }

LinkedList的实现：

 public int indexOf(Object o) {

     int index = 0;

     if (o==null) {

         for (Entry e = header.next; e != header; e = e.next) {

             if (e.element==null)

                 return index;

             index++;

         }

     } else {

         for (Entry e = header.next; e != header; e = e.next) {

             if (o.equals(e.element))

                 return index;

             index++;

         }

     }

     return -1;

 }

ArrayList：基于数组的遍历查找

LinkedList：基于链表的遍历查找

按照对象在内存中存储的顺序去考虑，数组的访问要比链接表快，因为对象都存储在一起。

遍历

基于以上的分析，可以得出，按照索引遍历，ArrayList是更好的选择，按照Iterator遍历，也许LinkedList会好一些。

反过来理解，如果是ArrayList，Iterator和index遍历都可以，如果是LinkedList，优先选择Iterator比较好。