浅析 ArrayList 和 LinkedList 有什么区别

ArrayList 和 LinkedList 有什么区别，是面试官非常喜欢问的一个问题。今天通过本文给大家详细介绍下，感兴趣的朋友跟随小编一起看看吧

ArrayList 和 LinkedList 有什么区别，是面试官非常喜欢问的一个问题。可能大部分小伙伴和我一样，能回答出“ArrayList 是基于数组实现的，LinkedList 是基于双向链表实现的。”

关于这一点，我之前的文章里也提到过了。但说实话，这样苍白的回答并不能令面试官感到满意，他还想知道的更多。

那假如小伙伴们继续做出下面这样的回答：

“ArrayList 在新增和删除元素时，因为涉及到数组复制，所以效率比 LinkedList 低，而在遍历的时候，ArrayList 的效率要高于 LinkedList。”

面试官会感到满意吗？我只能说，如果面试官比较仁慈的话，他可能会让我们回答下一个问题；否则的话，他会让我们回家等通知，这一等，可能意味着杳无音讯了。

为什么会这样呢？为什么为什么？回答的不对吗？

暴躁的小伙伴请喝口奶茶冷静一下。冷静下来后，请随我来，让我们一起肩并肩、手拉手地深入地研究一下 ArrayList 和 LinkedList 的数据结构、实现原理以及源码，可能神秘的面纱就揭开了。

ArrayList 是如何实现的？

ArrayList 实现了 List 接口，继承了 AbstractList 抽象类，底层是基于数组实现的，并且实现了动态扩容。

 public class ArrayList extends AbstractList implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable { private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; transient Object[] elementData; private int size; }

ArrayList 还实现了 RandomAccess 接口，这是一个标记接口：

 public interface RandomAccess { }

内部是空的，标记“实现了这个接口的类支持快速（通常是固定时间）随机访问”。快速随机访问是什么意思呢？就是说不需要遍历，就可以通过下标（索引）直接访问到内存地址。

 public E get(int index) { Objects.checkIndex(index, size); return elementData(index); } E elementData(int index) { return (E) elementData[index]; }

ArrayList 还实现了 Cloneable 接口，这表明 ArrayList 是支持拷贝的。ArrayList 内部的确也重写了 Object 类的 clone() 方法。

 public Object clone() { try { ArrayList v = (ArrayList) super.clone(); v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size); v.modCount = 0; return v; } catch (CloneNotSupportedException e) { // this shouldn't happen, since we are Cloneable throw new InternalError(e); } }

ArrayList 还实现了 Serializable 接口，同样是一个标记接口：

 public interface Serializable { }

内部也是空的，标记“实现了这个接口的类支持序列化”。序列化是什么意思呢？Java 的序列化是指，将对象转换成以字节序列的形式来表示，这些字节序中包含了对象的字段和方法。序列化后的对象可以被写到数据库、写到文件，也可用于网络传输。

眼睛雪亮的小伙伴可能会注意到，ArrayList 中的关键字段 elementData 使用了 transient 关键字修饰，这个关键字的作用是，让它修饰的字段不被序列化。

这不前后矛盾吗？一个类既然实现了 Serilizable 接口，肯定是想要被序列化的，对吧？那为什么保存关键数据的 elementData 又不想被序列化呢?

这还得从 “ArrayList 是基于数组实现的”开始说起。大家都知道，数组是定长的，就是说，数组一旦声明了，长度（容量）就是固定的，不能像某些东西一样伸缩自如。这就很麻烦，数组一旦装满了，就不能添加新的元素进来了。

ArrayList 不想像数组这样活着，它想能屈能伸，所以它实现了动态扩容。一旦在添加元素的时候，发现容量用满了 s == elementData.length，就按照原来数组的 1.5 倍（oldCapacity >> 1）进行扩容。扩容之后，再将原有的数组复制到新分配的内存地址上 Arrays.copyOf(elementData, newCapacity)。

 private void add(E e, Object[] elementData, int s) { if (s == elementData.length) elementData = grow(); elementData[s] = e; size = s + 1; } private Object[] grow() { return grow(size + 1); } private Object[] grow(int minCapacity) { int oldCapacity = elementData.length; if (oldCapacity > 0 || elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { int newCapacity = ArraysSupport.newLength(oldCapacity, minCapacity - oldCapacity, /* minimum growth */ oldCapacity >> 1  /* preferred growth */); return elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); } else { return elementData = new Object[Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity)]; } }

动态扩容意味着什么？大家伙想一下。嗯，还是我来告诉大家答案吧，有点迫不及待。

意味着数组的实际大小可能永远无法被填满的，总有多余出来空置的内存空间。

比如说，默认的数组大小是 10，当添加第 11 个元素的时候，数组的长度扩容了 1.5 倍，也就是 15，意味着还有 4 个内存空间是闲置的，对吧？

序列化的时候，如果把整个数组都序列化的话，是不是就多序列化了 4 个内存空间。当存储的元素数量非常非常多的时候，闲置的空间就非常非常大，序列化耗费的时间就会非常非常多。

于是，ArrayList 做了一个愉快而又聪明的决定，内部提供了两个私有方法 writeObject 和 readObject 来完成序列化和反序列化。

 private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws java.io.IOException { // Write out element count, and any hidden stuff int expectedModCount = modCount; s.defaultWriteObject(); // Write out size as capacity for behavioral compatibility with clone() s.writeInt(size); // Write out all elements in the proper order. for (int i=0; i

从 writeObject 方法的源码中可以看得出，它使用了 ArrayList 的实际大小 size 而不是数组的长度（elementData.length）来作为元素的上限进行序列化。

此处应该有掌声啊！不是为我，为 Java 源码的作者们，他们真的是太厉害了，可以用两个词来形容他们――殚精竭虑、精益求精。

LinkedList 是如何实现的？

LinkedList 是一个继承自 AbstractSequentialList 的双向链表，因此它也可以被当作堆栈、队列或双端队列进行操作。

 public class LinkedList extends AbstractSequentialList implements List, Deque, Cloneable, java.io.Serializable { transient int size = 0; transient Node first; transient Node last; }

LinkedList 内部定义了一个 Node 节点，它包含 3 个部分：元素内容 item，前引用 prev 和后引用 next。代码如下所示：

 private static class Node { E item; LinkedList.Node next; LinkedList.Node prev; Node(LinkedList.Node prev, E element, LinkedList.Node next) { this.item = element; this.next = next; this.prev = prev; } }

LinkedList 还实现了 Cloneable 接口，这表明 LinkedList 是支持拷贝的。

LinkedList 还实现了 Serializable 接口，这表明 LinkedList 是支持序列化的。眼睛雪亮的小伙伴可能又注意到了，LinkedList 中的关键字段 size、first、last 都使用了 transient 关键字修饰，这不又矛盾了吗？到底是想序列化还是不想序列化？

答案是 LinkedList 想按照自己的方式序列化，来看它自己实现的 writeObject() 方法：

 private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws java.io.IOException { // Write out any hidden serialization magic s.defaultWriteObject(); // Write out size s.writeInt(size); // Write out all elements in the proper order. for (LinkedList.Node x = first; x != null; x = x.next) s.writeObject(x.item); }

发现没？LinkedList 在序列化的时候只保留了元素的内容 item，并没有保留元素的前后引用。这样就节省了不少内存空间，对吧？

那有些小伙伴可能就疑惑了，只保留元素内容，不保留前后引用，那反序列化的时候怎么办？

 private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) throws java.io.IOException, ClassNotFoundException { // Read in any hidden serialization magic s.defaultReadObject(); // Read in size int size = s.readInt(); // Read in all elements in the proper order. for (int i = 0; i  l = last; final LinkedList.Node newNode = new LinkedList.Node<>(l, e, null); last = newNode; if (l == null) first = newNode; else l.next = newNode; size++; modCount++; }

注意 for 循环中的 linkLast() 方法，它可以把链表重新链接起来，这样就恢复了链表序列化之前的顺序。很妙，对吧？

和 ArrayList 相比，LinkedList 没有实现 RandomAccess 接口，这是因为 LinkedList 存储数据的内存地址是不连续的，所以不支持随机访问。

ArrayList 和 LinkedList 新增元素时究竟谁快？

前面我们已经从多个维度了解了 ArrayList 和 LinkedList 的实现原理和各自的特点。那接下来，我们就来聊聊 ArrayList 和 LinkedList 在新增元素时究竟谁快？

1）ArrayList

ArrayList 新增元素有两种情况，一种是直接将元素添加到数组末尾，一种是将元素插入到指定位置。

添加到数组末尾的源码：

 public boolean add(E e) { modCount++; add(e, elementData, size); return true; } private void add(E e, Object[] elementData, int s) { if (s == elementData.length) elementData = grow(); elementData[s] = e; size = s + 1; }

很简单，先判断是否需要扩容，然后直接通过索引将元素添加到末尾。

插入到指定位置的源码：

 public void add(int index, E element) { rangeCheckForAdd(index); modCount++; final int s; Object[] elementData; if ((s = size) == (elementData = this.elementData).length) elementData = grow(); System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, s - index); elementData[index] = element; size = s + 1; }

先检查插入的位置是否在合理的范围之内，然后判断是否需要扩容，再把该位置以后的元素复制到新添加元素的位置之后，最后通过索引将元素添加到指定的位置。这种情况是非常伤的，性能会比较差。

2）LinkedList

LinkedList 新增元素也有两种情况，一种是直接将元素添加到队尾，一种是将元素插入到指定位置。

添加到队尾的源码：

 public boolean add(E e) { linkLast(e); return true; } void linkLast(E e) { final LinkedList.Node l = last; final LinkedList.Node newNode = new LinkedList.Node<>(l, e, null); last = newNode; if (l == null) first = newNode; else l.next = newNode; size++; modCount++; }

先将队尾的节点 last 存放到临时变量 l 中（不是说不建议使用 I 作为变量名吗？Java 的作者们明知故犯啊），然后生成新的 Node 节点，并赋给 last，如果 l 为 null，说明是第一次添加，所以 first 为新的节点；否则将新的节点赋给之前 last 的 next。

插入到指定位置的源码：

 public void add(int index, E element) { checkPositionIndex(index); if (index == size) linkLast(element); else linkBefore(element, node(index)); } LinkedList.Node node(int index) { // assert isElementIndex(index); if (index <(size >> 1)) { LinkedList.Node x = first; for (int i = 0; i  x = last; for (int i = size - 1; i > index; i--) x = x.prev; return x; } } void linkBefore(E e, LinkedList.Node succ) { // assert succ != null; final LinkedList.Node pred = succ.prev; final LinkedList.Node newNode = new LinkedList.Node<>(pred, e, succ); succ.prev = newNode; if (pred == null) first = newNode; else pred.next = newNode; size++; modCount++; }

先检查插入的位置是否在合理的范围之内，然后判断插入的位置是否是队尾，如果是，添加到队尾；否则执行 linkBefore() 方法。

在执行 linkBefore() 方法之前，会调用 node() 方法查找指定位置上的元素，这一步是需要遍历 LinkedList 的。如果插入的位置靠前前半段，就从队头开始往后找；否则从队尾往前找。也就是说，如果插入的位置越靠近 LinkedList 的中间位置，遍历所花费的时间就越多。

找到指定位置上的元素（succ）之后，就开始执行 linkBefore() 方法了，先将 succ 的前一个节点（prev）存放到临时变量 pred 中，然后生成新的 Node 节点（newNode），并将 succ 的前一个节点变更为 newNode，如果 pred 为 null，说明插入的是队头，所以 first 为新节点；否则将 pred 的后一个节点变更为 newNode。

经过源码分析以后，小伙伴们是不是在想：“好像 ArrayList 在新增元素的时候效率并不一定比 LinkedList 低啊！”

当两者的起始长度是一样的情况下：

如果是从集合的头部新增元素，ArrayList 花费的时间应该比 LinkedList 多，因为需要对头部以后的元素进行复制。

 public class ArrayListTest { public static void addFromHeaderTest(int num) { ArrayList list = new ArrayList(num); int i = 0; long timeStart = System.currentTimeMillis(); while (i  list = new LinkedList(); int i = 0; long timeStart = System.currentTimeMillis(); while (i

num 为 10000，代码实测后的时间如下所示：

ArrayList从集合头部位置新增元素花费的时间595
LinkedList从集合头部位置新增元素花费的时间15

ArrayList 花费的时间比 LinkedList 要多很多。

如果是从集合的中间位置新增元素，ArrayList 花费的时间搞不好要比 LinkedList 少，因为 LinkedList 需要遍历。

 public class ArrayListTest { public static void addFromMidTest(int num) { ArrayList list = new ArrayList(num); int i = 0; long timeStart = System.currentTimeMillis(); while (i  list = new LinkedList(); int i = 0; long timeStart = System.currentTimeMillis(); while (i

num 为 10000，代码实测后的时间如下所示：

ArrayList从集合中间位置新增元素花费的时间1
LinkedList从集合中间位置新增元素花费的时间101

ArrayList 花费的时间比 LinkedList 要少很多很多。

如果是从集合的尾部新增元素，ArrayList 花费的时间应该比 LinkedList 少，因为数组是一段连续的内存空间，也不需要复制数组；而链表需要创建新的对象，前后引用也要重新排列。

 public class ArrayListTest { public static void addFromTailTest(int num) { ArrayList list = new ArrayList(num); int i = 0; long timeStart = System.currentTimeMillis(); while (i  list = new LinkedList(); int i = 0; long timeStart = System.currentTimeMillis(); while (i

num 为 10000，代码实测后的时间如下所示：

ArrayList从集合尾部位置新增元素花费的时间69
LinkedList从集合尾部位置新增元素花费的时间193

ArrayList 花费的时间比 LinkedList 要少一些。

这样的结论和预期的是不是不太相符？ArrayList 在添加元素的时候如果不涉及到扩容，性能在两种情况下（中间位置新增元素、尾部新增元素）比 LinkedList 好很多，只有头部新增元素的时候比 LinkedList 差，因为数组复制的原因。

当然了，如果涉及到数组扩容的话，ArrayList 的性能就没那么可观了，因为扩容的时候也要复制数组。

ArrayList 和 LinkedList 删除元素时究竟谁快？

1）ArrayList

ArrayList 删除元素的时候，有两种方式，一种是直接删除元素（remove(Object)），需要直先遍历数组，找到元素对应的索引；一种是按照索引删除元素（remove(int)）。

 public boolean remove(Object o) { final Object[] es = elementData; final int size = this.size; int i = 0; found: { if (o == null) { for (; i

但从本质上讲，都是一样的，因为它们最后调用的都是 fastRemove(Object, int) 方法。

 private void fastRemove(Object[] es, int i) { modCount++; final int newSize; if ((newSize = size - 1) > i) System.arraycopy(es, i + 1, es, i, newSize - i); es[size = newSize] = null; }

从源码可以看得出，只要删除的不是最后一个元素，都需要数组重组。删除的元素位置越靠前，代价就越大。

2）LinkedList

LinkedList 删除元素的时候，有四种常用的方式：

remove(int)，删除指定位置上的元素

 public E remove(int index) { checkElementIndex(index); return unlink(node(index)); }

先检查索引，再调用 node(int) 方法（前后半段遍历，和新增元素操作一样）找到节点 Node，然后调用 unlink(Node) 解除节点的前后引用，同时更新前节点的后引用和后节点的前引用：

 E unlink(Node x) { // assert x != null; final E element = x.item; final Node next = x.next; final Node prev = x.prev; if (prev == null) { first = next; } else { prev.next = next; x.prev = null; } if (next == null) { last = prev; } else { next.prev = prev; x.next = null; } x.item = null; size--; modCount++; return element; }

remove(Object)，直接删除元素

 public boolean remove(Object o) { if (o == null) { for (LinkedList.Node x = first; x != null; x = x.next) { if (x.item == null) { unlink(x); return true; } } } else { for (LinkedList.Node x = first; x != null; x = x.next) { if (o.equals(x.item)) { unlink(x); return true; } } } return false; }

也是先前后半段遍历，找到要删除的元素后调用 unlink(Node)。

removeFirst()，删除第一个节点

 public E removeFirst() { final LinkedList.Node f = first; if (f == null) throw new NoSuchElementException(); return unlinkFirst(f); } private E unlinkFirst(LinkedList.Node f) { // assert f == first && f != null; final E element = f.item; final LinkedList.Node next = f.next; f.item = null; f.next = null; // help GC first = next; if (next == null) last = null; else next.prev = null; size--; modCount++; return element; }

删除第一个节点就不需要遍历了，只需要把第二个节点更新为第一个节点即可。

removeLast()，删除最后一个节点

删除最后一个节点和删除第一个节点类似，只需要把倒数第二个节点更新为最后一个节点即可。

可以看得出，LinkedList 在删除比较靠前和比较靠后的元素时，非常高效，但如果删除的是中间位置的元素，效率就比较低了。

这里就不再做代码测试了，感兴趣的小伙伴可以自己试试，结果和新增元素保持一致：

从集合头部删除元素时，ArrayList 花费的时间比 LinkedList 多很多；
从集合中间位置删除元素时，ArrayList 花费的时间比 LinkedList 少很多；
从集合尾部删除元素时，ArrayList 花费的时间比 LinkedList 少一点。

我本地的统计结果如下所示，小伙伴们可以作为参考：

ArrayList从集合头部位置删除元素花费的时间380
LinkedList从集合头部位置删除元素花费的时间4
ArrayList从集合中间位置删除元素花费的时间381
LinkedList从集合中间位置删除元素花费的时间5922
ArrayList从集合尾部位置删除元素花费的时间8
LinkedList从集合尾部位置删除元素花费的时间12

ArrayList 和 LinkedList 遍历元素时究竟谁快？

1）ArrayList

遍历 ArrayList 找到某个元素的话，通常有两种形式：

get(int)，根据索引找元素

 public E get(int index) { Objects.checkIndex(index, size); return elementData(index); }

由于 ArrayList 是由数组实现的，所以根据索引找元素非常的快，一步到位。

indexOf(Object)，根据元素找索引

 public int indexOf(Object o) { return indexOfRange(o, 0, size); } int indexOfRange(Object o, int start, int end) { Object[] es = elementData; if (o == null) { for (int i = start; i

根据元素找索引的话，就需要遍历整个数组了，从头到尾依次找。

2）LinkedList

遍历 LinkedList 找到某个元素的话，通常也有两种形式：

get(int)，找指定位置上的元素

 public E get(int index) { checkElementIndex(index); return node(index).item; }

既然需要调用 node(int) 方法，就意味着需要前后半段遍历了。

indexOf(Object)，找元素所在的位置

 public int indexOf(Object o) { int index = 0; if (o == null) { for (LinkedList.Node x = first; x != null; x = x.next) { if (x.item == null) return index; index++; } } else { for (LinkedList.Node x = first; x != null; x = x.next) { if (o.equals(x.item)) return index; index++; } } return -1; }

需要遍历整个链表，和 ArrayList 的 indexOf() 类似。

那在我们对集合遍历的时候，通常有两种做法，一种是使用 for 循环，一种是使用迭代器（Iterator）。

如果使用的是 for 循环，可想而知 LinkedList 在 get 的时候性能会非常差，因为每一次外层的 for 循环，都要执行一次 node(int) 方法进行前后半段的遍历。

 LinkedList.Node node(int index) { // assert isElementIndex(index); if (index <(size >> 1)) { LinkedList.Node x = first; for (int i = 0; i  x = last; for (int i = size - 1; i > index; i--) x = x.prev; return x; } }

那如果使用的是迭代器呢？

 LinkedList list = new LinkedList(); for (Iterator it = list.iterator(); it.hasNext();) { it.next(); }

迭代器只会调用一次 node(int) 方法，在执行 list.iterator() 的时候：先调用 AbstractSequentialList 类的 iterator() 方法，再调用 AbstractList 类的 listIterator() 方法，再调用 LinkedList 类的 listIterator(int) 方法，如下图所示。

最后返回的是 LinkedList 类的内部私有类 ListItr 对象：

 public ListIterator listIterator(int index) { checkPositionIndex(index); return new LinkedList.ListItr(index); } private class ListItr implements ListIterator { private LinkedList.Node lastReturned; private LinkedList.Node next; private int nextIndex; private int expectedModCount = modCount; ListItr(int index) { // assert isPositionIndex(index); next = (index == size) ? null : node(index); nextIndex = index; } public boolean hasNext() { return nextIndex

执行 ListItr 的构造方法时调用了一次 node(int) 方法，返回第一个节点。在此之后，迭代器就执行 hasNext() 判断有没有下一个，执行 next() 方法下一个节点。

由此，可以得出这样的结论：遍历 LinkedList 的时候，千万不要使用 for 循环，要使用迭代器。

也就是说，for 循环遍历的时候，ArrayList 花费的时间远小于 LinkedList；迭代器遍历的时候，两者性能差不多。

总结

到此这篇关于浅析 ArrayList 和 LinkedList 有什么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html中文网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html中文网！

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