Java中ArrayList和LinkedList區別
1 前言
許多語言,例如 Perl ,Python 和 Ruby ,都有集合的本地支持。有些語言(例如Python)甚至將基本集合組件(列表,映射和集合)作為內置函數包含在其中。
通常,程序總是根據運行時才知道的某些條件去創建新的對象。在此之前,無法知道所需對象的數量甚至確切類型。為瞭解決這個普遍的編程問題,需要在任意時刻和任意位置創建任意數量的對象。java.util
庫提供瞭一套相當完整的集合類(collection classes)來解決這個問題,其中基本的類型有 List 、 Set 、 Queue 和 Map。這些類型也被稱作容器類。
2 數據結構的區別
2.1 ArrayList
ArrayList
是基於數組實現的,數組是典型的緊密結構,所以它使用索引在數組中搜索和讀取數據快,可以直接返回數組中index位置的元素,因此在隨機訪問集合元素上有較好的性能。
2.2 LinkedList
LinkedList是基於雙鏈表實現的,鏈表是典型的跳轉結構,插入和刪除隻是指針指向的修改,所以它插入、刪除中間元素快,因此在操作數據方面性能較好。
2.3 使用場景
如果應用程序對數據有較多的隨機訪問,ArrayList
對象要優於LinkedList
對象;
如果應用程序有更多的插入或者刪除操作,較少的隨機訪問,LinkedList對象要優於ArrayList對象;
3 源碼分析
下面我們通過JDK1.8源碼源碼分析一下核心功能。
3.1 ArrayList核心源碼
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable { //默認大小 private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; //省略。。。 //動態數組 transient Object[] elementData; //數組大小 private int size; //空構造器 public ArrayList() { this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA; } // 查詢元素 public E get(int index) { // 檢查索引是否在范圍內 rangeCheck(index); return elementData(index); } //順序添加元素 public boolean add(E e) { //擴容 ensureCapacityInternal(size + 1); elementData[size++] = e; return true; } //從數組中間添加元素 public void add(int index, E element) { // 檢查索引是否在范圍內 rangeCheckForAdd(index); // 擴容 ensureCapacityInternal(size + 1); // 復制數組 System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index); // 替換元素 elementData[index] = element; size++; } //是否要擴容 private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity)); } //確定容量 private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) { modCount++; if (minCapacity - elementData.length > 0) grow(minCapacity); } //計算數組容量 private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) { if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); } return minCapacity; } //動態數組擴容放法 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); // 數組復制 elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); } //省略。。。 }
總結:
ArrayLis
初始化構造器的時候數組為{},在調用add方法以後默認數組才賦值為新數組,新數組默認長度為10。
通過擴容機制判斷原數組是否還有空間,若沒有則重新實例化一個空間更大的新數組,把舊數組的數據拷貝到新數組中。
在執行查詢操作時,先判斷下標是否越界,然後在直接通過下標從數組中返回元素。
3.2 LinkedList核心源碼
//JDK1.8 public class LinkedList<E> extends AbstractSequentialList<E> implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable { // 元素數量 transient int size = 0; // 鏈表首節點 transient Node<E> first; // 鏈表尾節點 transient Node<E> last; // 空構造器 public LinkedList() { } // Node內部類 private static class Node<E> { E item; Node<E> next; Node<E> prev; Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) { // 中間元素 this.item = element; // 下一個元素地址 this.next = next; // 上一個元素地址 this.prev = prev; } } // 順序添加元素 public boolean add(E e) { linkLast(e); return true; } // 指定位置添加元素 public void add(int index, E element) { // 檢查是否越界 checkPositionIndex(index); // 在鏈表末尾添加,否則在之前插入元素 if (index == size) linkLast(element); else linkBefore(element, node(index)); } // 添加元素e void linkLast(E e) { //把鏈表中last元素賦給l ,如果是第一個元素則為null final Node<E> l = last; //把元素封裝為一個Node對象 final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null); //把鏈表的last元素指向新的元素 last = newNode; //如果添加的是第一個元素 if (l == null){ //把鏈表的first元素指向新的元素 first = newNode; } //如果添加的不是第一個元素 else{ //把l的下一個元素指向新的元素 l.next = newNode; } //集合中元素數量加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++; } //獲取元素 public E get(int index) { //檢測元素索引 checkElementIndex(index); return node(index).item; } //返回指定元素索引處的(非空)節點 Node<E> node(int index) { //把鏈表分為兩段,如果index在鏈表的前段,則從前往後找,否則反之 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。。。 }
總結:
LinkedList
的get首先判斷需要獲取的數據在該鏈表的前半段還是後半段,這樣可以減少需要遍歷的數據,由於需要遍歷數據,所以獲取數據的速度會比ArrayList
慢。
由於LinkedList底層是用雙向鏈表實現的,沒有初始化大小,也沒有擴容的機制。
4 碼農來洞見
4.1為什麼ArrayList比LinkedList要快
ArrayList
和LinkedList
本質上每次插入和刪除元素都會進行復制數組的操作,如果ArrayList插入操作沒有觸發數組擴容操作,並且在List靠近末尾的地方插入,那麼ArrayList
隻需要移動較少的數據,而LinkedList則需要一直查找到列表尾部,反而耗費較多時間,這時ArrayList就比LinkedList要快。
4.2 註意ArrayList不同JDK版本源碼
JDK1.7中在調用構造器的時候數組長度就初始化為瞭10,JDK1.8則是在調用add方法後才創建數組長度為10的新數組替換默認空數組。
4.3 高並發下如何保證集合數據的同步
ArrayList
和LinkedList
都不是線程安全的。然而Vector類被認為是過時的廢棄的瞭。
方案一: Collections.synchronizedList(); 得到一個線程安全的 ArrayList。
方案二: concurrent 並發包下的 CopyOnWriteArrayList 類。
CopyOnWriteArrayList和Collections.synchronizedList是實現線程安全的列表的兩種方式。兩種實現方式分別針對不同情況有不同的性能表現,其中CopyOnWriteArrayList的寫操作性能較差,而多線程的讀操作性能較好。而Collections.synchronizedList的寫操作性能比CopyOnWriteArrayList在多線程操作的情況下要好很多,而讀操作因為是采用瞭synchronized關鍵字的方式,其讀操作性能並不如CopyOnWriteArrayList。因此在不同的應用場景下,應該選擇不同的多線程安全實現類。
4.4 為什麼Java的Vector類被認為是過時的或者廢棄的
Vector中對每一個獨立操作都實現瞭同步,這通常不是我們想要的做法。對單一操作實現同步通常不是線程安全的(舉個例子,比如你想遍歷一個Vector實例。你仍然需要申明一個鎖來防止其他線程在同一時刻修改這個Vector實例。如果不添加鎖的話
通常會在遍歷實例的這個線程中導致一個ConcurrentModificationException)同時這個操作也是十分慢的(在創建瞭一個鎖就已經足夠的前提下,為什麼還需要重復的創建鎖)
當然,即使你不需要同步,Vector也是有鎖的資源開銷的。
到此這篇關於Java中ArrayList和LinkedList區別的文章就介紹到這瞭,更多相關ArrayList和LinkedList區別內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet!
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