ArrayList与LinkedList的简单比较

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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)));
    }

    /**
     * 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;
    }

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。

其他

• 对于ArrayList和LinkedList， size() isEmpty() 这些都是常量计算，代价很低
• LinkedList实现了更多的方法，包括Queue，所以它也是一种队列
• 对于少量得元素临时存储，优先考虑ArrayList
• 频繁的添加和删除操作的时候，优先使用LinkedList
• 频繁的按索引访问遍历，优先使用ArrayList