【17期】什么情況用ArrayList or LinkedList呢?

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ArrayList 和 LinkedList 是 Java 集合框架中用來存儲對象引用列表的兩個(gè)類。ArrayList 和 LinkedList 都實(shí)現(xiàn) List 接口。先對List做一個(gè)簡單的了解：

列表（list）是元素的有序集合，也稱為序列。它提供了基于元素位置的操作，有助于快速訪問、添加和刪除列表中特定索引位置的元素。List 接口實(shí)現(xiàn)了 Collection 和 Iterable 作為父接口。它允許存儲重復(fù)值和空值，支持通過索引訪問元素。

讀完這篇文章要搞清楚的問題：ArrayList和LinkedList有什么不同之處？什么時(shí)候應(yīng)該用ArrayList什么時(shí)候又該用LinkedList呢？

下面以增加和刪除元素為例比較ArrayList和LinkedList的不同之處

增加元素到列表尾端：

在ArrayList中增加元素到隊(duì)列尾端的代碼如下：

public?boolean?add(E?e){
???ensureCapacity(size+1);//確保內(nèi)部數(shù)組有足夠的空間
???elementData[size++]=e;//將元素加入到數(shù)組的末尾，完成添加
???return?true;??????
}?

ArrayList中add()方法的性能決定于ensureCapacity()方法。ensureCapacity()的實(shí)現(xiàn)如下：

public?vod?ensureCapacity(int?minCapacity){
??modCount++;
??int?oldCapacity=elementData.length;
??if(minCapacity>oldCapacity){????//如果數(shù)組容量不足，進(jìn)行擴(kuò)容
??????Object[]?oldData=elementData;
??????int?newCapacity=(oldCapacity*3)/2+1;??//擴(kuò)容到原始容量的1.5倍
??????if(newCapacitty//如果新容量小于最小需要的容量，則使用最小
????????????????????????????????????????????????????//需要的容量大小
?????????newCapacity=minCapacity?;??//進(jìn)行擴(kuò)容的數(shù)組復(fù)制
?????????elementData=Arrays.copyof(elementData,newCapacity);
??}
}

可以看到，只要ArrayList的當(dāng)前容量足夠大，add()操作的效率非常高的。只有當(dāng)ArrayList對容量的需求超出當(dāng)前數(shù)組大小時(shí)，才需要進(jìn)行擴(kuò)容。擴(kuò)容的過程中，會進(jìn)行大量的數(shù)組復(fù)制操作。而數(shù)組復(fù)制時(shí)，最終將調(diào)用System.arraycopy()方法，因此add()操作的效率還是相當(dāng)高的。

LinkedList 的add()操作實(shí)現(xiàn)如下，它也將任意元素增加到隊(duì)列的尾端：

public?boolean?add(E?e){
???addBefore(e,header);//將元素增加到header的前面
???return?true;
}

其中addBefore()的方法實(shí)現(xiàn)如下：

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

可見，LinkeList由于使用了鏈表的結(jié)構(gòu)，因此不需要維護(hù)容量的大小。從這點(diǎn)上說，它比ArrayList有一定的性能優(yōu)勢，然而，每次的元素增加都需要新建一個(gè)Entry對象，并進(jìn)行更多的賦值操作。在頻繁的系統(tǒng)調(diào)用中，對性能會產(chǎn)生一定的影響。

增加元素到列表任意位置

除了提供元素到List的尾端，List接口還提供了在任意位置插入元素的方法：void add(int index,E element);

由于實(shí)現(xiàn)的不同，ArrayList和LinkedList在這個(gè)方法上存在一定的性能差異，由于ArrayList是基于數(shù)組實(shí)現(xiàn)的，而數(shù)組是一塊連續(xù)的內(nèi)存空間，如果在數(shù)組的任意位置插入元素，必然導(dǎo)致在該位置后的所有元素需要重新排列，因此，其效率相對會比較低。

以下代碼是ArrayList中的實(shí)現(xiàn)：

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

可以看到每次插入操作，都會進(jìn)行一次數(shù)組復(fù)制。而這個(gè)操作在增加元素到List尾端的時(shí)候是不存在的，大量的數(shù)組重組操作會導(dǎo)致系統(tǒng)性能低下。并且插入元素在List中的位置越是靠前，數(shù)組重組的開銷也越大。

而LinkedList此時(shí)顯示了優(yōu)勢：

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

可見，對LinkedList來說，在List的尾端插入數(shù)據(jù)與在任意位置插入數(shù)據(jù)是一樣的，不會因?yàn)椴迦氲奈恢每壳岸鴮?dǎo)致插入的方法性能降低。

刪除任意位置元素

對于元素的刪除，List接口提供了在任意位置刪除元素的方法：

public?E?remove(int?index);

對ArrayList來說，remove()方法和add()方法是雷同的。在任意位置移除元素后，都要進(jìn)行數(shù)組的重組。ArrayList的實(shí)現(xiàn)如下：

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;
?????return?oldValue;
}

可以看到，在ArrayList的每一次有效的元素刪除操作后，都要進(jìn)行數(shù)組的重組。并且刪除的位置越靠前，數(shù)組重組時(shí)的開銷越大。

public?E?remove(int?index){
??return?remove(entry(index));?????????
}
private?Entry?entry(int?index){
??if(index<0?||?index>=size)
??????throw?new?IndexOutBoundsException("Index:"+index+",size:"+size);
??????Entry?e=?header;
??????if(index<(size>>1)){//要?jiǎng)h除的元素位于前半段
?????????for(int?i=0;i<=index;i++)
?????????????e=e.next;
?????}else{
?????????for(int?i=size;i>index;i--)
?????????????e=e.previous;
?????}
?????????return?e;
}

在LinkedList的實(shí)現(xiàn)中，首先要通過循環(huán)找到要?jiǎng)h除的元素。如果要?jiǎng)h除的位置處于List的前半段，則從前往后找；若其位置處于后半段，則從后往前找。因此無論要?jiǎng)h除較為靠前或者靠后的元素都是非常高效的；但要移除List中間的元素卻幾乎要遍歷完半個(gè)List，在List擁有大量元素的情況下，效率很低。

容量參數(shù)

容量參數(shù)是ArrayList和Vector等基于數(shù)組的List的特有性能參數(shù)。它表示初始化的數(shù)組大小。當(dāng)ArrayList所存儲的元素?cái)?shù)量超過其已有大小時(shí)。它便會進(jìn)行擴(kuò)容，數(shù)組的擴(kuò)容會導(dǎo)致整個(gè)數(shù)組進(jìn)行一次內(nèi)存復(fù)制。因此合理的數(shù)組大小有助于減少數(shù)組擴(kuò)容的次數(shù)，從而提高系統(tǒng)性能。

public??ArrayList(){
??this(10);??
}
public?ArrayList?(int?initialCapacity){
???super();
???if(initialCapacity<0)
???????throw?new?IllegalArgumentException("Illegal?Capacity:"+initialCapacity)
??????this.elementData=new?Object[initialCapacity];
}

ArrayList提供了一個(gè)可以制定初始數(shù)組大小的構(gòu)造函數(shù)：

public?ArrayList(int?initialCapacity)?

現(xiàn)以構(gòu)造一個(gè)擁有100萬元素的List為例，當(dāng)使用默認(rèn)初始化大小時(shí)，其消耗的相對時(shí)間為125ms左右，當(dāng)直接制定數(shù)組大小為100萬時(shí)，構(gòu)造相同的ArrayList僅相對耗時(shí)16ms。

遍歷列表

遍歷列表操作是最常用的列表操作之一，在JDK1.5之后，至少有3中常用的列表遍歷方式：

• forEach操作

• 迭代器

• for循環(huán)。

String?tmp;
long?start=System.currentTimeMills();????//ForEach?
for(String?s:list){
????tmp=s;
}
System.out.println("foreach?spend:"+(System.currentTimeMills()-start));
start?=?System.currentTimeMills();
for(Iterator?it=list.iterator();it.hasNext();){????
???tmp=it.next();
}
System.out.println("Iterator?spend;"+(System.currentTimeMills()-start));
start=System.currentTimeMills();
int?size=;list.size();
for(int?i=0;i????tmp=list.get(i);
}
System.out.println("for?spend;"+(System.currentTimeMills()-start));

構(gòu)造一個(gè)擁有100萬數(shù)據(jù)的ArrayList和等價(jià)的LinkedList，使用以上代碼進(jìn)行測試，測試結(jié)果：

可以看到，最簡便的ForEach循環(huán)并沒有很好的性能表現(xiàn)，綜合性能不如普通的迭代器，而是用for循環(huán)通過隨機(jī)訪問遍歷列表時(shí)，ArrayList表項(xiàng)很好，但是LinkedList的表現(xiàn)卻無法讓人接受，甚至沒有辦法等待程序的結(jié)束。這是因?yàn)閷inkedList進(jìn)行隨機(jī)訪問時(shí)，總會進(jìn)行一次列表的遍歷操作。性能非常差，應(yīng)避免使用。

總結(jié)

ArrayList和LinkedList在性能上各有優(yōu)缺點(diǎn)，都有各自所適用的地方，總的說來可以描述如下：

1．對ArrayList和LinkedList而言，在列表末尾增加一個(gè)元素所花的開銷都是固定的。

對ArrayList而言，主要是在內(nèi)部數(shù)組中增加一項(xiàng)，指向所添加的元素，偶爾可能會導(dǎo)致對數(shù)組重新進(jìn)行分配；

而對LinkedList而言，這個(gè)開銷是統(tǒng)一的，分配一個(gè)內(nèi)部Entry對象。

2．在ArrayList的中間插入或刪除一個(gè)元素意味著這個(gè)列表中剩余的元素都會被移動(dòng)；而在LinkedList的中間插入或刪除一個(gè)元素的開銷是固定的。

3．LinkedList不支持高效的隨機(jī)元素訪問。

4．ArrayList的空間浪費(fèi)主要體現(xiàn)在在list列表的結(jié)尾預(yù)留一定的容量空間，而LinkedList的空間花費(fèi)則體現(xiàn)在它的每一個(gè)元素都需要消耗相當(dāng)?shù)目臻g

可以這樣說：當(dāng)操作是在一列數(shù)據(jù)的后面添加數(shù)據(jù)而不是在前面或中間,并且需要隨機(jī)地訪問其中的元素時(shí),使用ArrayList會有更好的性能；當(dāng)操作是在一列數(shù)據(jù)的前面或中間添加或刪除數(shù)據(jù),并且按照順序訪問其中的元素時(shí),就應(yīng)該使用LinkedList了。

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