深入解析：LinkedList 和ArrayList 的区别？

目录

核心概括

详细对比表格

深入原理分析

1. ArrayList：动态数组

2. LinkedList：双向链表

数据结构差异

时间复杂度对比

内存占用与扩容

适用场景

选择 ArrayList 的情况（绝大多数场景）：

选择 LinkedList 的情况：

线程安全

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核心概括

• ArrayList：底层是动态数组。像一辆在轨道上运行的列车，车厢（元素）在内存中连续排列。

• LinkedList：底层是双向链表。像一队手拉手的人，每个人（节点）都知道自己前后是谁，但他们在内存中的位置是分散的。

详细对比表格

深入原理分析

1. ArrayList：动态数组

• 工作原理：

  1. 内部维护一个 Object[] elementData 数组。

  2. 当使用 get(int index) 时，直接通过数组下标 elementData[index] 访问，所以速度极快。

  3. 当在列表中间或开头插入元素时（add(int index, E element)），例如在位置 i 插入，需要将 i 之后的所有元素都向后移动一位，这是一个 O(n) 操作。

  4. 当数组容量不足时，会创建一个新的更大的数组（通常是原来的1.5倍），并将旧数组的数据拷贝过去，这个过程称为扩容，性能开销较大。

• 代码示例：体现插入的劣势

ArrayList arrayList = new ArrayList<>();
// 先添加100000个元素
for (int i = 0; i < 100000; i++) {arrayList.add(i);
}
long start = System.currentTimeMillis();
arrayList.add(0, -1); // 在开头插入一个元素，需要移动后面所有元素！
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("ArrayList time: " + (end - start) + "ms");

2. LinkedList：双向链表

• 工作原理：

  1. 内部定义了一个 Node 节点类，包含 item（数据）、next（指向下一个节点）、prev（指向上一个节点）。

  2. 当需要访问第 index 个元素时，get(int index) 方法会判断 index 更靠近头部还是尾部，然后从头或尾开始遍历，直到找到目标位置。这是一个 O(n) 操作。

  3. 当在已知位置插入或删除元素时，例如在节点 A 和 B 之间插入节点 C，只需要修改引用：

     • A.next = C

     • C.prev = A

     • C.next = B

     • B.prev = C
       这个操作是 O(1) 的。

• 代码示例：体现插入的优势

LinkedList linkedList = new LinkedList<>();
// 先添加100000个元素
for (int i = 0; i < 100000; i++) {linkedList.add(i);
}
long start = System.currentTimeMillis();
linkedList.add(0, -1); // 在开头插入，只需修改第一个节点的prev和新节点的next
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("LinkedList time: " + (end - start) + "ms");

数据结构差异

LinkedList 基于双向链表实现，每个元素（节点）存储数据及前后节点的引用。
ArrayList 基于动态数组实现，元素在内存中连续存储，通过索引直接访问。

时间复杂度对比

插入/删除操作：
LinkedList 在头尾插入/删除时间复杂度为 O(1)，中间位置为 O(n)（需遍历定位）。
ArrayList 尾部插入/删除为 O(1)，中间或头部操作可能导致数组移动，平均为 O(n)。

随机访问：
LinkedList 需遍历节点，时间复杂度 O(n)。
ArrayList 通过索引直接访问，时间复杂度 O(1)。

内存占用与扩容

LinkedList 每个节点需额外存储前后指针，内存开销较大。
ArrayList 内存连续，但动态扩容时需拷贝数据到新数组（默认扩容 1.5 倍）。

适用场景

选择 ArrayList 的情况（绝大多数场景）：

• 频繁按索引访问元素（get 和 set 操作）。

• 大部分操作是在列表的末尾进行添加和删除（add(E element)， remove(int index) 且 index 很大）。

• 对内存空间敏感，希望占用更少的内存。

结论：由于在开发中查询的次数远大于增删，所以 ArrayList 是更常用的选择。

选择 LinkedList 的情况：

• 需要频繁在列表的中间或开头进行插入和删除操作。

• 需要将列表当作栈、队列或双端队列来使用（因为它实现了 Deque 接口）。

• 不确定列表的大小，且非常频繁地进行动态增删，无法接受 ArrayList 扩容带来的性能损耗。

线程安全

两者均非线程安全，需通过 Collections.synchronizedList 或并发容器（如 CopyOnWriteArrayList）实现同步。