Java中ArrayList和LinkedList的區(qū)別
ArrayList和Vector使用了數(shù)組的實現(xiàn),可以認為ArrayList或者Vector封裝了對內部數(shù)組的操作,比如向數(shù)組中添加,刪除,插入新的元素或者數(shù)據(jù)的擴展和重定向。
LinkedList使用了循環(huán)雙向鏈表數(shù)據(jù)結構。與基于數(shù)組ArrayList相比,這是兩種截然不同的實現(xiàn)技術,這也決定了它們將適用于完全不同的工作場景。
LinkedList鏈表由一系列表項連接而成。一個表項總是包含3個部分:元素內容,前驅表和后驅表。
在下圖展示了一個包含3個元素的LinkedList的各個表項間的連接關系。在JDK的實現(xiàn)中,無論LikedList是否為空,鏈表內部都有一個header表項,它既表示鏈表的開始,也表示鏈表的結尾。表項header的后驅表項便是鏈表中第一個元素,表項header的前驅表項便是鏈表中最后一個元素
下面以增加和刪除元素為例比較ArrayList和LinkedList的不同之處:
(1)增加元素到列表尾端:
在ArrayList中增加元素到隊列尾端的代碼如下:
public boolean add(E e){ensureCapacity(size+1); //確保內部數(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,進行擴容 Object[] oldData=elementData; int newCapacity=(oldCapacity*3)/2+1; //擴容到原始容量的1.5倍 if(newCapacitty<minCapacity) //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 ; //進行擴容的數(shù)組復制 elementData=Arrays.copyof(elementData,newCapacity); } }
可以看到,只要ArrayList的當前容量足夠大,add()操作的效率非常高的。只有當ArrayList對容量的需求超出當前數(shù)組大小時,才需要進行擴容。擴容的過程中,會進行大量的數(shù)組復制操作。而數(shù)組復制時,最終將調用System.arraycopy()方法,因此add()操作的效率還是相當高的。
LinkedList 的add()操作實現(xiàn)如下,它也將任意元素增加到隊列的尾端:
public boolean add(E e){addBefore(e,header); //將元素增加到header的前面return true; }
其中addBefore()的方法實現(xiàn)如下:
private Entry<E> addBefore(E e,Entry<E> entry){ Entry<E> newEntry = new Entry<E>(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構,因此不需要維護容量的大小。從這點上說,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Entry對象,并進行更多的賦值操作。在頻繁的系統(tǒng)調用中,對性能會產(chǎn)生一定的影響。
(2)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);
由于實現(xiàn)的不同,ArrayList和LinkedList在這個方法上存在一定的性能差異,由于ArrayList是基于數(shù)組實現(xiàn)的,而數(shù)組是一塊連續(xù)的內存空間,如果在數(shù)組的任意位置插入元素,必然導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,都會進行一次數(shù)組復制。而這個操作在增加元素到List尾端的時候是不存在的,大量的數(shù)組重組操作會導致系統(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,不會因為插入的位置靠前而導致插入的方法性能降低。
(3)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,都要進行數(shù)組的重組。ArrayList的實現(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,都要進行數(shù)組的重組。并且刪除的位置越靠前,數(shù)組重組時的開銷越大。
public E remove(int index){ return remove(entry(index)); } private Entry<E> entry(int index){ if(index<0 || index>=size) throw new IndexOutBoundsException("Index:"+index+",size:"+size); Entry<E> e= header; if(index<(size>>1)){ //要刪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的實現(xiàn)中,首先要通過循環(huán)找到要刪除的元素。如果要刪除的位置處于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。因此無論要刪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List,在List擁有大量元素的情況下,效率很低。
(4)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ArrayList所存儲的元素數(shù)量超過其已有大小時。它便會進行擴容,數(shù)組的擴容會導致整個數(shù)組進行一次內存復制。因此合理的數(shù)組大小有助于減少數(shù)組擴容的次數(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提供了一個可以制定初始數(shù)組大小的構造函數(shù):
public ArrayList(int initialCapacity)
現(xiàn)以構造一個擁有100萬元素的List為例,當使用默認初始化大小時,其消耗的相對時間為125ms左右,當直接制定數(shù)組大小為100萬時,構造相同的ArrayList僅相對耗時16ms。
(5)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,迭代器和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<String> 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<size;i++){ tmp=list.get(i); } System.out.println("for spend;"+(System.currentTimeMills()-start));
構造一個擁有100萬數(shù)據(jù)的ArrayList和等價的LinkedList,使用以上代碼進行測試,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)通過隨機訪問遍歷列表時,ArrayList表項很好,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束。這是因為對LinkedList進行隨機訪問時,總會進行一次列表的遍歷操作。性能非常差,應避免使用。
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