ArrayList和LinkedList的区别

ArrayList和Vector使用了数组的实现,可以认为ArrayList或者Vector封装了对内部数组的操作,比如向数组中添加,删除,插入新的元素或者数据的扩展和重定向。

LinkedList使用了循环双向链表数据结构。与基于数组ArrayList相比,这是两种截然不同的实现技术,这也决定了它们将适用于完全不同的工作场景。

LinkedList链表由一系列表项连接而成。一个表项总是包含3个部分:元素内容,前驱表和后驱表,如图所示:

在下图展示了一个包含3个元素的LinkedList的各个表项间的连接关系。在JDK的实现中,无论LikedList是否为空,链表内部都有一个header表项,它既表示链表的开始,也表示链表的结尾。表项header的后驱表项便是链表中第一个元素,表项header的前驱表项便是链表中最后一个元素。

 

下面以增加和删除元素为例比较ArrayList和LinkedList的不同之处:

(1)增加元素到列表尾端:

在ArrayList中增加元素到队列尾端的代码如下:

public boolean add(E e){
   ensureCapacity(size+1);//确保内部数组有足够的空间
   elementData[size++]=e;//将元素加入到数组的末尾,完成添加
   return true;      
} 

 ArrayList中add()方法的性能决定于ensureCapacity()方法。ensureCapacity()的实现如下:

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public vod ensureCapacity(int minCapacity){
  modCount++;
  int oldCapacity=elementData.length;
  if(minCapacity>oldCapacity){    //如果数组容量不足,进行扩容
      Object[] oldData=elementData;
      int newCapacity=(oldCapacity*3)/2+1;  //扩容到原始容量的1.5倍
      if(newCapacitty<minCapacity)   //如果新容量小于最小需要的容量,则使用最小
                                                    //需要的容量大小
         newCapacity=minCapacity ;  //进行扩容的数组复制
         elementData=Arrays.copyof(elementData,newCapacity);
  }
}
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可以看到,只要ArrayList的当前容量足够大,add()操作的效率非常高的。只有当ArrayList对容量的需求超出当前数组大小时,才需要进行扩容。扩容的过程中,会进行大量的数组复制操作。而数组复制时,最终将调用System.arraycopy()方法,因此add()操作的效率还是相当高的。

LinkedList 的add()操作实现如下,它也将任意元素增加到队列的尾端:

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

其中addBefore()的方法实现如下:

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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;
}
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可见,LinkeList由于使用了链表的结构,因此不需要维护容量的大小。从这点上说,它比ArrayList有一定的性能优势,然而,每次的元素增加都需要新建一个Entry对象,并进行更多的赋值操作。在频繁的系统调用中,对性能会产生一定的影响。

(2)增加元素到列表任意位置

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

由于实现的不同,ArrayList和LinkedList在这个方法上存在一定的性能差异,由于ArrayList是基于数组实现的,而数组是一块连续的内存空间,如果在数组的任意位置插入元素,必然导致在该位置后的所有元素需要重新排列,因此,其效率相对会比较低。

以下代码是ArrayList中的实现:

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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++;
}  
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可以看到每次插入操作,都会进行一次数组复制。而这个操作在增加元素到List尾端的时候是不存在的,大量的数组重组操作会导致系统性能低下。并且插入元素在List中的位置越是靠前,数组重组的开销也越大。

而LinkedList此时显示了优势:

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

可见,对LinkedList来说,在List的尾端插入数据与在任意位置插入数据是一样的,不会因为插入的位置靠前而导致插入的方法性能降低。

(3)删除任意位置元素

对于元素的删除,List接口提供了在任意位置删除元素的方法:

public E remove(int index);

对ArrayList来说,remove()方法和add()方法是雷同的。在任意位置移除元素后,都要进行数组的重组。ArrayList的实现如下:

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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;
}
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可以看到,在ArrayList的每一次有效的元素删除操作后,都要进行数组的重组。并且删除的位置越靠前,数组重组时的开销越大。

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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)){//要删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;
}
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在LinkedList的实现中,首先要通过循环找到要删除的元素。如果要删除的位置处于List的前半段,则从前往后找;若其位置处于后半段,则从后往前找。因此无论要删除较为靠前或者靠后的元素都是非常高效的;但要移除List中间的元素却几乎要遍历完半个List,在List拥有大量元素的情况下,效率很低。

(4)容量参数

容量参数是ArrayList和Vector等基于数组的List的特有性能参数。它表示初始化的数组大小。当ArrayList所存储的元素数量超过其已有大小时。它便会进行扩容,数组的扩容会导致整个数组进行一次内存复制。因此合理的数组大小有助于减少数组扩容的次数,从而提高系统性能。

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public  ArrayList(){
  this(10);  
}
public ArrayList (int initialCapacity){
   super();
   if(initialCapacity<0)
       throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity:"+initialCapacity)
      this.elementData=new Object[initialCapacity];
}
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ArrayList提供了一个可以制定初始数组大小的构造函数:

public ArrayList(int initialCapacity) 

现以构造一个拥有100万元素的List为例,当使用默认初始化大小时,其消耗的相对时间为125ms左右,当直接制定数组大小为100万时,构造相同的ArrayList仅相对耗时16ms。

(5)遍历列表

遍历列表操作是最常用的列表操作之一,在JDK1.5之后,至少有3中常用的列表遍历方式:forEach操作,迭代器和for循环。

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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));
复制代码

构造一个拥有100万数据的ArrayList和等价的LinkedList,使用以上代码进行测试,测试结果的相对耗时如下表所示: 

可以看到,最简便的ForEach循环并没有很好的性能表现,综合性能不如普通的迭代器,而是用for循环通过随机访问遍历列表时,ArrayList表项很好,但是LinkedList的表现却无法让人接受,甚至没有办法等待程序的结束。这是因为对LinkedList进行随机访问时,总会进行一次列表的遍历操作。性能非常差,应避免使用。

参考链接:https://www.cnblogs.com/sierrajuan/p/3639353.html

 

posted @ 2017-12-14 10:28 幸福+ 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏