Java中ArrayList和LinkedList区别

目录

• 1 前言
• 2 数据结构的区别
• 2.1 ArrayList
• 2.2 LinkedList
• 2.3 使用场景
• 3 源码分析
• 3.1 ArrayList核心源码
• 3.2 LinkedList核心源码
• 4 码农来洞见
• 4.1为什么ArrayList比LinkedList要快
• 4.2 注意ArrayList不同JDK版本源码
• 4.3 高并发下如何保证集合数据的同步
• 4.4 为什么Java的Vector类被认为是过时的或者废弃的

1 前言

许多语言，例如 Perl ，Python 和 Ruby ，都有集合的本地支持。有些语言（例如Python）甚至将基本集合组件（列表，映射和集合）作为内置函数包含在其中。

通常，程序总是根据运行时才知道的某些条件去创建新的对象。在此之前，无法知道所需对象的数量甚至确切类型。为了解决这个普遍的编程问题，需要在任意时刻和任意位置创建任意数量的对象。java.util 库提供了一套相当完整的集合类（collection classes）来解决这个问题，其中基本的类型有 List 、 Set 、 Queue 和 Map。这些类型也被称作容器类。

2 数据结构的区别

2.1 ArrayList

ArrayList是基于数组实现的，数组是典型的紧密结构，所以它使用索引在数组中搜索和读取数据快，可以直接返回数组中index位置的元素，因此在随机访问集合元素上有较好的性能。

2.2 LinkedList

LinkedList是基于双链表实现的，链表是典型的跳转结构，插入和删除只是指针指向的修改，所以它插入、删除中间元素快，因此在操作数据方面性能较好。

2.3 使用场景

如果应用程序对数据有较多的随机访问，ArrayList对象要优于LinkedList对象；

如果应用程序有更多的插入或者删除操作，较少的随机访问，LinkedList对象要优于ArrayList对象；

3 源码分析

下面我们通过JDK1.8源码源码分析一下核心功能。

3.1 ArrayList核心源码

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
    
    //默认大小
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
     
    //省略。。。
    
    //动态数组
    transient Object[] elementData; 
    
    //数组大小
    private int size;
    
    //空构造器
    public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
    
    // 查询元素
    public E get(int index) {
        // 检查索引是否在范围内
        rangeCheck(index);                    
        return elementData(index);
    }
    
    //顺序添加元素
    public boolean add(E e) {
        //扩容
        ensureCapacityInternal(size + 1); 
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }
    
    //从数组中间添加元素
    public void add(int index, E element) {
        // 检查索引是否在范围内
        rangeCheckForAdd(index);
        // 扩容
        ensureCapacityInternal(size + 1); 
        // 复制数组
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                         size - index);
        // 替换元素
        elementData[index] = element;
        size++;
    }
    
    //是否要扩容
    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
    }
    
    //确定容量
    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }
    
    //计算数组容量
    private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        return minCapacity;
    }
    
    //动态数组扩容放法
    private void grow(int minCapacity) {
        // 
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // 数组复制
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }
    
     //省略。。。
    
  }

总结：

ArrayLis初始化构造器的时候数组为{}，在调用add方法以后默认数组才赋值为新数组，新数组默认长度为10。
通过扩容机制判断原数组是否还有空间，若没有则重新实例化一个空间更大的新数组，把旧数组的数据拷贝到新数组中。
在执行查询操作时，先判断下标是否越界，然后在直接通过下标从数组中返回元素。

3.2 LinkedList核心源码

//JDK1.8
public class LinkedList<E>
    extends AbstractSequentialList<E>
    implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{ 
    // 元素数量
    transient int size = 0;
    
    // 链表首节点
    transient Node<E> first;
    
    // 链表尾节点
    transient Node<E> last;
    
    // 空构造器
    public LinkedList() {
        
    }
    
    // Node内部类
    private static class Node<E> {
        E item;
        Node<E> next;
        Node<E> prev;
        Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
            // 中间元素
            this.item = element;
            // 下一个元素地址
            this.next = next;
            // 上一个元素地址
            this.prev = prev;
        }
    }
    
    // 顺序添加元素
    public boolean add(E e) {
        linkLast(e);
        return true;
    }
    
    // 指定位置添加元素
    public void add(int index, E element) {
        // 检查是否越界
        checkPositionIndex(index);    
        // 在链表末尾添加，否则在之前插入元素
        if (index == size)            
            linkLast(element);
        else
            linkBefore(element, node(index));
    }
    
    // 添加元素e
    void linkLast(E e) {
        //把链表中last元素赋给l ，如果是第一个元素则为null
        final Node<E> l = last;
        //把元素封装为一个Node对象
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
        //把链表的last元素指向新的元素
        last = newNode;
        //如果添加的是第一个元素
        if (l == null){
            //把链表的first元素指向新的元素
            first = newNode;
        }
        //如果添加的不是第一个元素
        else{
            //把l的下一个元素指向新的元素
            l.next = newNode;            
        }
        //集合中元素数量加1
        size++;
        modCount++;
    }
    
    void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
        final Node<E> pred = succ.prev;
        final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
        succ.prev = newNode;
        if (pred == null)
            first = newNode;
        else
            pred.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }
    
    //获取元素
    public E get(int index) {
        //检测元素索引
        checkElementIndex(index);
        return node(index).item;
    }
    
    //返回指定元素索引处的（非空）节点
    Node<E> node(int index) {
        //把链表分为两段，如果index在链表的前段，则从前往后找，否则反之
        if (index < (size >> 1)) {
            Node<E> x = first;
            for (int i = 0; i < index; i++)
                x = x.next;
            return x;
        } else {
            Node<E> x = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--)
                x = x.prev;
            return x;
        }
    }
    
    //省略。。。
    
}

总结：

LinkedList的get首先判断需要获取的数据在该链表的前半段还是后半段，这样可以减少需要遍历的数据，由于需要遍历数据，所以获取数据的速度会比ArrayList慢。
由于LinkedList底层是用双向链表实现的，没有初始化大小，也没有扩容的机制。

4 码农来洞见

4.1为什么ArrayList比LinkedList要快

ArrayList和LinkedList本质上每次插入和删除元素都会进行复制数组的操作，如果ArrayList插入操作没有触发数组扩容操作，并且在List靠近末尾的地方插入，那么ArrayList只需要移动较少的数据，而LinkedList则需要一直查找到列表尾部，反而耗费较多时间，这时ArrayList就比LinkedList要快。

4.2 注意ArrayList不同JDK版本源码

JDK1.7中在调用构造器的时候数组长度就初始化为了10，JDK1.8则是在调用add方法后才创建数组长度为10的新数组替换默认空数组。

4.3 高并发下如何保证集合数据的同步

ArrayList和LinkedList都不是线程安全的。然而Vector类被认为是过时的废弃的了。

方案一： Collections.synchronizedList(); 得到一个线程安全的 ArrayList。

方案二： concurrent 并发包下的 CopyOnWriteArrayList 类。

CopyOnWriteArrayList和Collections.synchronizedList是实现线程安全的列表的两种方式。两种实现方式分别针对不同情况有不同的性能表现，其中CopyOnWriteArrayList的写操作性能较差，而多线程的读操作性能较好。而Collections.synchronizedList的写操作性能比CopyOnWriteArrayList在多线程操作的情况下要好很多，而读操作因为是采用了synchronized关键字的方式，其读操作性能并不如CopyOnWriteArrayList。因此在不同的应用场景下，应该选择不同的多线程安全实现类。

4.4 为什么Java的Vector类被认为是过时的或者废弃的

Vector中对每一个独立操作都实现了同步，这通常不是我们想要的做法。对单一操作实现同步通常不是线程安全的（举个例子，比如你想遍历一个Vector实例。你仍然需要申明一个锁来防止其他线程在同一时刻修改这个Vector实例。如果不添加锁的话

通常会在遍历实例的这个线程中导致一个ConcurrentModificationException）同时这个操作也是十分慢的(在创建了一个锁就已经足够的前提下，为什么还需要重复的创建锁)

当然，即使你不需要同步，Vector也是有锁的资源开销的。

到此这篇关于Java中ArrayList和LinkedList区别的文章就介绍到这了,更多相关ArrayList和LinkedList区别内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！