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Java中ArrayList和LinkedList区别，

来源： javaer 分享于  点击 24813 次 点评：231

Java中ArrayList和LinkedList区别，


Java中ArrayList和LinkedList区别

      引言

一、用ArrayList还是用LinkedList呢？

       总而言之，在实践中，在集合后面或中间添加元素,或者需要随机地访问其中的元素时,使用ArrayList会提供比较好的性能；当你的操作是在集合的前面或中间添加或删除数据,就应该使用LinkedList了。​


下面详细剖析一下ArrayList和LinkedList的原理


二、ArrayList和LinkedList在性能上有什么差别呢？

ArrayList的空间复杂度高于LinkedList的空间复杂度。ArrayList浪费主要体现在在list列表的结尾预留一定的容量空间，而LinkedList的空间花费则体现在它的每一个元素都需要消耗相当的空间。


时间复杂度 

首先一点关键的是，ArrayList的内部实现是基于基础的对象数组的，因此，它使用get方法访问列表中的任意一个元素时(random access)，它的速度要比LinkedList快。LinkedList中的get方法是按照顺序从列表的一端开始检查，直到另外一端。对LinkedList而言，访问列表中的某个指定元素没有更快的方法了。 
假设我们有一个很大的列表，它里面的元素已经排好序了，这个列表可能是ArrayList类型的也可能是LinkedList类型的，现在我们对这个列表来进行二分查找(binary search)，比较列表是ArrayList和LinkedList时的查询速度，看下面的程序： 

Java代码  
  1. package com.mangocity.test;   
  2. import java.util.LinkedList;   
  3. import java.util.List;   
  4. import java.util.Random;   
  5. import java.util.ArrayList;   
  6. import java.util.Arrays;   
  7. import java.util.Collections;   
  8. public class TestList ...{   
  9.      public static final int N=50000;   
  10.   
  11.      public static List values;   
  12.   
  13.      static...{   
  14.          Integer vals[]=new Integer[N];   
  15.   
  16.          Random r=new Random();   
  17.   
  18.          for(int i=0,currval=0;i<N;i++)...{   
  19.              vals=new Integer(currval);   
  20.              currval+=r.nextInt(100)+1;   
  21.          }   
  22.   
  23.          values=Arrays.asList(vals);   
  24.      }   
  25.   
  26.      static long timeList(List lst)...{   
  27.          long start=System.currentTimeMillis();   
  28.          for(int i=0;i<N;i++)...{   
  29.              int index=Collections.binarySearch(lst, values.get(i));   
  30.              if(index!=i)   
  31.                  System.out.println("***错误***");   
  32.          }   
  33.          return System.currentTimeMillis()-start;   
  34.      }   
  35.      public static void main(String args[])...{   
  36.          System.out.println("ArrayList消耗时间："+timeList(new ArrayList(values)));   
  37.          System.out.println("LinkedList消耗时间："+timeList(new LinkedList(values)));   
  38.      }   
  39. }   

 
我得到的输出是：ArrayList消耗时间：15 
                          LinkedList消耗时间：2596 
这个结果不是固定的，但是基本上ArrayList的时间要明显小于LinkedList的时间。因此在这种情况下不宜用LinkedList。二分查找法使用的随机访问(random access)策略，而LinkedList是不支持快速的随机访问的。对一个LinkedList做随机访问所消耗的时间与这个list的大小是成比例的。而相应的，在ArrayList中进行随机访问所消耗的时间是固定的。 
这是否表明ArrayList总是比LinkedList性能要好呢？这并不一定，在某些情况下LinkedList的表现要优于ArrayList，有些算法在LinkedList中实现时效率更高。比方说，利用Collections.reverse方法对列表进行反转时，其性能就要好些。 
看这样一个例子，加入我们有一个列表，要对其进行大量的插入和删除操作，在这种情况下LinkedList就是一个较好的选择。请看如下一个极端的例子，我们重复的在一个列表的开端插入一个元素： 

Java代码  
  1. package com.mangocity.test;   
  2.   
  3. import java.util.*;   
  4. public class ListDemo {   
  5.      static final int N=50000;   
  6.      static long timeList(List list){   
  7.      long start=System.currentTimeMillis();   
  8.      Object o = new Object();   
  9.      for(int i=0;i<N;i++)   
  10.          list.add(0, o);   
  11.      return System.currentTimeMillis()-start;   
  12.      }   
  13.      public static void main(String[] args) {   
  14.          System.out.println("ArrayList耗时："+timeList(new ArrayList()));   
  15.          System.out.println("LinkedList耗时："+timeList(new LinkedList()));   
  16.      }   
  17. }   

 这时我的输出结果是：

ArrayList耗时：2463

LinkedList耗时：15 

这和前面一个例子的结果截然相反，当一个元素被加到ArrayList的最开端时，所有已经存在的元素都会后移，这就意味着数据移动和复制上的开销。相反的，将一个元素加到LinkedList的最开端只是简单的未这个元素分配一个记录，然后调整两个连接。在LinkedList的开端增加一个元素的开销是固定的，而在ArrayList的开端增加一个元素的开销是与ArrayList的大小成比例的。


空间复杂度 

在LinkedList中有一个私有的内部类，定义如下：

Java代码  
  1. private static class Entry {   
  2.          Object element;   
  3.          Entry next;   
  4.          Entry previous;   
  5.      }   

 
每个Entry对象reference列表中的一个元素，同时还有在LinkedList中它的上一个元素和下一个元素。一个有1000个元素的LinkedList对象将有1000个链接在一起的Entry对象，每个对象都对应于列表中的一个元素。这样的话，在一个LinkedList结构中将有一个很大的空间开销，因为它要存储这1000个Entity对象的相关信息。 
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。

       如果我们知道一个ArrayList将会有多少个元素，我们可以通过构造方法来指定容量。我们还可以通过trimToSize方法在ArrayList分配完毕之后去掉浪费掉的空间。


三、ArrayList 与 LinkedList数据结构有什么区别呢？

  • ArrayList的数据结构

     3.1、ArrayList代码  

public ArrayList(int initialCapacity) {
...    
this.elementData = new Object[initialCapacity];
...
}
ArrayList就是传说中的动态数组，就是Array的复杂版本。它继承于AbstractList，实现了List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable这些接口。

 3.2、Java中ArrayList的常用API

void           add(int location, E object)
boolean        addAll(int location, Collection<? extends E> collection)
E              get(int location)
E              set(int location, E object)
int            indexOf(Object object)
int            lastIndexOf(Object object)
ListIterator<E>     listIterator()
E              remove(int location)

    3.3、ArrayList最佳实践


 这一节我们来讨论ArrayList与数组的差别，以及ArrayList的效率问题 
1）ArrayList是Array的复杂版本 
ArrayList内部封装了一个Object类型的数组，从一般的意义来说，它和数组没有本质的差别，甚至于ArrayList的许多方法，如Index、IndexOf、Contains、Sort等都是在内部数组的基础上直接调用Array的对应方法。
2）内部的Object类型的影响 
对于一般的引用类型来说，这部分的影响不是很大，但是对于值类型来说，往ArrayList里面添加和修改元素，都会引起装箱和拆箱的操作，频繁的操作可能会影响一部分效率。
但是恰恰对于大多数人，多数的应用都是使用值类型的数组。 
消除这个影响是没有办法的，除非你不用它，否则就要承担一部分的效率损失，不过这部分的损失不会很大。 
3）数组扩容 
这是对ArrayList效率影响比较大的一个因素。 
每当执行Add、AddRange、Insert、InsertRange等添加元素的方法，都会检查内部数组的容量是否不够了，如果是，它就会以当前容量的两倍来重新构建一个数组，将旧元素Copy到新数组中，然后丢弃旧数组，在这个临界点的扩容操作，应该来说是比较影响效率的。
例1：比如，一个可能有200个元素的数据动态添加到一个以默认16个元素大小创建的ArrayList中，将会经过： 
16*2*2*2*2 = 256 
四次的扩容才会满足最终的要求，那么如果一开始就以： 
ArrayList List = new ArrayList( 210 ); 
的方式创建ArrayList，不仅会减少4次数组创建和Copy的操作，还会减少内存使用。

例2：预计有30个元素而创建了一个ArrayList： 
ArrayList List = new ArrayList(30); 
在执行过程中，加入了31个元素，那么数组会扩充到60个元素的大小，而这时候不会有新的元素再增加进来，而且有没有调用TrimSize方法，那么就有1次扩容的操作，并且浪费了29个元素大小的空间。如果这时候，用：
ArrayList List = new ArrayList(40); 
那么一切都解决了。 
所以说，正确的预估可能的元素，并且在适当的时候调用TrimSize方法是提高ArrayList使用效率的重要途径。 
4）频繁的调用IndexOf、Contains等方法（Sort、BinarySearch等方

法经过优化，不在此列）引起的效率损失 
首先，我们要明确一点，ArrayList是动态数组，它不包括通过Key或者Value快速访问的算法，所以实际上调用IndexOf、Contains等方法是执行的简单的循环来查找元素，所以频繁的调用此类方法并不比你自己写循环并且稍作优化来的快，如果有这方面的要求，建议使用Hashtable或SortedList等键值对的集合。
ArrayList al=new ArrayList();

al.Add("How");
al.Add("are"); 
al.Add("you!");

al.Add(100);

多线程安全性：ArrayList中的操作不是线程安全的。所以，建议在单线程中才使用ArrayList，而在多线程中可以选择Vector或者CopyOnWriteArrayList。



  • LinkedList的数据结构


 4.1、LinkedList中Entry 对象Java代码
private static class Entry {   
         Object element;
         Entry next;   
         Entry previous;   
     }

  4.2、LinkedList的常用API

     public boolean add(Object o)：向链表添加一个新的结点o(只能向链表中添加对象，不能添加某个基本数据类型的数)

     public void add(int index,Object o)：向链表的指定位置index处添加一个新的结点o

     public void addFirst(Object o)：向链表的头添加新的结点o

     public void addLast(Object o)：向链表的末尾添加新的结点o

     public void clear()：删除链表的所有结点，使当前链表成为空链表

     public Object remove(int index)：删除指定位置index上的结点

     public boolean remove(Object o)：删除首次出现含有数据o的结点

     public Object removeFirst()：删除第一个结点，并返回这个结点中的对象

     public Object removeLast()：删除最后一个结点，并返回这个结点中的对象

     public Object get(int index)：获取链表中指定位置index处结点中的对象

     public Object getFirst()：获取链表中第一个结点中的对象

     public Object getLast()：获取链表中最后一个结点中的对象

     public int indexOf(Object o)：返回含有数据o的结点在链表中首次出现的位置，如果链表中无此结点，则返回-1

     public int lastIndexOf(Object o)：返回含有数据o的结点在链表中最后出现的位置，如果链表中无此结点，则返回-1

     public Object set(int index,Object o)：将当前链表index位置结点中的对象替换为参数o指定的对象，并返回被替换的对象

     public int size()：返回链表的长度，即结点的个数

     public boolean contains(Object o)：判断链表结点中是否有结点含有对象o

     public Object clone()：得到当前链表中的一个克隆链表，该克隆链表中结点数据的改变不会影响到当前链表中结点的数据，反之亦然



参考文献

http://pengcqu.iteye.com/blog/502676


 http://www.jb51.net/article/42764.htm        JAVA ArrayList详细介绍(示例)
 http://www.jb51.net/article/42767.htm     JAVA LinkedList和ArrayList的使用及性能分析

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