java集合框架05——ArrayList和LinkedList的区别

前面已经学习完了List部分的源码，主要是ArrayList和LinkedList两部分内容，这一节主要总结下List部分的内容。

List概括

先来回顾一下List在Collection中的的框架图：

从图中我们可以看出：

1. List是一个接口，它继承与Collection接口，代表有序的队列。

2. AbstractList是一个抽象类，它继承与AbstractCollection。AbstractList实现了List接口中除了size()、get(int location)之外的方法。

3. AbstractSequentialList是一个抽象类，它继承与AbstrctList。AbstractSequentialList实现了“链表中，根据index索引值操作链表的全部方法”。

4. ArrayList、LinkedList、Vector和Stack是List的四个实现类，其中Vector是基于JDK1.0，虽然实现了同步，但是效率低，已经不用了，Stack继承与Vector，所以不再赘述。

5. LinkedList是个双向链表，它同样可以被当作栈、队列或双端队列来使用。

ArrayList和LinkedList区别

我们知道，通常情况下，ArrayList和LinkedList的区别有以下几点：

1. ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构，而LinkedList是基于链表的数据结构；

2. 对于随机访问get和set，ArrayList要优于LinkedList，因为LinkedList要移动指针；

3. 对于添加和删除操作add和remove，一般大家都会说LinkedList要比ArrayList快，因为ArrayList要移动数据。但是实际情况并非这样，对于添加或删除，LinkedList和ArrayList并不能明确说明谁快谁慢，下面会详细分析。

我们结合之前分析的源码，来看看为什么是这样的：

ArrayList中的随机访问、添加和删除部分源码如下：

//获取index位置的元素值
public E get(int index) {
    rangeCheck(index); //首先判断index的范围是否合法  

    return elementData(index);
}  

//将index位置的值设为element，并返回原来的值
public E set(int index, E element) {
    rangeCheck(index);  

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

//将element添加到ArrayList的指定位置
public void add(int index, E element) {
    rangeCheckForAdd(index);  

    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    //将index以及index之后的数据复制到index+1的位置往后，即从index开始向后挪了一位
    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                     size - index);
    elementData[index] = element; //然后在index处插入element
    size++;
}  

//删除ArrayList指定位置的元素
public E remove(int index) {
    rangeCheck(index);  

    modCount++;
    E oldValue = elementData(index);  

    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        //向左挪一位，index位置原来的数据已经被覆盖了
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                         numMoved);
    //多出来的最后一位删掉
    elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work  

    return oldValue;
}  

LinkedList中的随机访问、添加和删除部分源码如下：

//获得第index个节点的值
public E get(int index) {
    checkElementIndex(index);
    return node(index).item;
}  

//设置第index元素的值
public E set(int index, E element) {
    checkElementIndex(index);
    Node<E> x = node(index);
    E oldVal = x.item;
    x.item = element;
    return oldVal;
}  

//在index个节点之前添加新的节点
public void add(int index, E element) {
    checkPositionIndex(index);  

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

//删除第index个节点
public E remove(int index) {
    checkElementIndex(index);
    return unlink(node(index));
}  

//定位index处的节点
Node<E> node(int index) {
    // assert isElementIndex(index);
    //index<size/2时，从头开始找
    if (index < (size >> 1)) {
        Node<E> x = first;
        for (int i = 0; i < index; i++)
            x = x.next;
        return x;
    } else { //index>=size/2时，从尾开始找
        Node<E> x = last;
        for (int i = size - 1; i > index; i--)
            x = x.prev;
        return x;
    }
}  

从源码可以看出，ArrayList想要get(int index)元素时，直接返回index位置上的元素，而LinkedList需要通过for循环进行查找，虽然LinkedList已经在查找方法上做了优化，比如index < size / 2，则从左边开始查找，反之从右边开始查找，但是还是比ArrayList要慢。这点是毋庸置疑的。
        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，下面通过一个测试程序来测试一下两者插入的速度：

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
/*
 * @description 测试ArrayList和LinkedList插入的效率
 * @eson_15
 */
public class ArrayOrLinked {
    static List<Integer> array=new ArrayList<Integer>();
    static List<Integer> linked=new LinkedList<Integer>();    

    public static void main(String[] args) {    

        //首先分别给两者插入10000条数据
        for(int i=0;i<10000;i++){
            array.add(i);
            linked.add(i);
        }
        //获得两者随机访问的时间
        System.out.println("array time:"+getTime(array));
        System.out.println("linked time:"+getTime(linked));
        //获得两者插入数据的时间
        System.out.println("array insert time:"+insertTime(array));
        System.out.println("linked insert time:"+insertTime(linked));    

    }
    public static long getTime(List<Integer> list){
        long time=System.currentTimeMillis();
        for(int i = 0; i < 10000; i++){
            int index = Collections.binarySearch(list, list.get(i));
            if(index != i){
                System.out.println("ERROR!");
            }
        }
        return System.currentTimeMillis()-time;
    }    

    //插入数据
    public static long insertTime(List<Integer> list){
        /*
         * 插入的数据量和插入的位置是决定两者性能的主要方面，
         * 我们可以通过修改这两个数据，来测试两者的性能
         */
        long num = 10000; //表示要插入的数据量
        int index = 1000; //表示从哪个位置插入
        long time=System.currentTimeMillis();
        for(int i = 1; i < num; i++){
            list.add(index, i);
        }
        return System.currentTimeMillis()-time;    

    }    

}    

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。我们可以在程序里改变这两个因素来测试它们的效率。

当数据量较小时，测试程序中，大约小于30的时候，两者效率差不多，没有显著区别；当数据量较大时，大约在容量的1/10处开始，LinkedList的效率就开始没有ArrayList效率高了，特别到一半以及后半的位置插入时，LinkedList效率明显要低于ArrayList，而且数据量越大，越明显。比如我测试了一种情况，在index=1000的位置(容量的1/10)插入10000条数据和在index=5000的位置以及在index=9000的位置插入10000条数据的运行时间如下：

在index=出插入结果：
array time:
linked time:
array insert time:
linked insert time:  

在index=5000处插入结果：
array time:
linked time:
array insert time:
linked insert time:  

在index=处插入结果：
array time:
linked time:
array insert time:
linked insert time:92  

从运行结果看，LinkedList的效率是越来越差。

所以当插入的数据量很小时，两者区别不太大，当插入的数据量大时，大约在容量的1/10之前，LinkedList会优于ArrayList，在其后就劣与ArrayList，且越靠近后面越差。所以个人觉得，一般首选用ArrayList，由于LinkedList可以实现栈、队列以及双端队列等数据结构，所以当特定需要时候，使用LinkedList，当然咯，数据量小的时候，两者差不多，视具体情况去选择使用；当数据量大的时候，如果只需要在靠前的部分插入或删除数据，那也可以选用LinkedList，反之选择ArrayList反而效率更高。