ArrayList与LinkedList区别详解

本篇文章向大家介绍《ArrayList与LinkedList对比：Java集合选择指南》，主要包括，具有一定的参考价值，需要的朋友可以参考一下。

频繁随机访问选ArrayList，频繁插入删除且能避免索引查找时选LinkedList；2. ArrayList基于动态数组，随机访问O(1)，插入删除O(n)因需移动元素；3. LinkedList为双向链表，插入删除O(1)但前提是已定位节点，随机访问O(n)因需遍历；4. 小数据量时性能差异小，优先选ArrayList；5. 内存敏感场景ArrayList更优，因LinkedList每个节点有额外引用开销；6. 操作集中在首尾或使用迭代器时LinkedList优势明显；7. 实际选择应结合数据规模、操作模式、内存和维护性，并通过性能测试验证。

Java性能优化中，ArrayList和LinkedList的选择核心在于你对数据访问模式的理解：频繁随机访问（get/set）选ArrayList，频繁插入删除（add/remove）选LinkedList。这并非绝对，还需考量数据量和迭代效率。

深入理解ArrayList和LinkedList的底层实现是做出正确选择的关键。ArrayList基于动态数组，其内部是一个Object[]数组。这意味着它的随机访问（通过索引get(index)或set(index, element)）是O(1)的，因为直接通过内存地址偏移量即可定位。然而，当进行插入或删除操作时，尤其是发生在数组中间位置时，后续元素需要整体移动，这会带来O(n)的时间复杂度。扩容时，也需要创建新数组并复制旧元素，同样是O(n)。

LinkedList则是一个双向链表结构，每个节点都存储数据以及指向前一个和后一个节点的引用。因此，对于插入和删除操作，只要获取到目标节点或其相邻节点，修改指针即可完成，理论上是O(1)。但前提是你已经找到了那个位置。如果需要根据索引查找（get(index)），则需要从头或尾遍历链表，这使得随机访问的效率是O(n)。此外，每个节点都需要额外的内存来存储前后引用，这在一定程度上增加了内存开销。

所以，在实际开发中，如果你的业务场景是：

• 大量读取操作，尤其是随机访问：例如，你需要频繁根据索引获取元素，或者遍历集合进行只读操作，那么ArrayList无疑是更优的选择。它的缓存局部性也更好，有利于CPU缓存。
• 大量插入和删除操作，尤其是在集合中间：例如，你正在构建一个队列或栈，或者需要频繁在列表中间插入或移除元素，LinkedList的性能优势就显现出来了。但要注意，如果你需要先找到插入或删除的位置，这个查找过程本身可能是O(n)。

一个常见的误区是，很多人觉得LinkedList在插入删除上总是比ArrayList快。其实不然，如果插入删除的位置需要通过遍历来确定（例如list.remove(Object o)），那么LinkedList的查找成本依然是O(n)，甚至可能因为缓存不友好而比ArrayList更慢。只有当你已经有了迭代器，或者知道要操作的准确位置（例如addFirst()、addLast()），LinkedList的O(1)优势才能真正体现。

为什么ArrayList的随机访问速度远超LinkedList？

这个问题，其实和它们的底层数据结构设计息息相关。ArrayList，顾名思义，就是基于“数组列表”的概念。它的内部实现，简单来说，就是一个Object类型的数组。当你调用get(index)方法时，JVM可以直接通过数组的基地址加上索引乘以元素大小的偏移量，一步到位地找到目标元素。这就像你翻书，知道页码就能直接翻到那一页，效率极高，时间复杂度是O(1)。

而LinkedList呢？它可不是一个连续的内存块。它是由一系列独立的“节点”组成的，每个节点除了存储实际数据，还藏着两个小秘密：一个指向它前面节点的引用（prev），另一个指向它后面节点的引用（next）。当你想要获取某个索引位置的元素时，LinkedList就得从头（或者从尾，如果目标索引更靠近尾部）开始，一个节点一个节点地“跳”过去，直到找到你想要的那个。这就像你玩寻宝游戏，得沿着线索一个一个地找，每找一个就耗费一点时间。所以，它的随机访问效率是O(n)，随着列表长度的增加，查找时间会线性增长。这种机制也导致了LinkedList在CPU缓存利用率上的劣势，因为它的数据是分散存储的，不像ArrayList那样紧密排列。

LinkedList在哪些特定场景下能发挥其插入删除的优势？

LinkedList的插入和删除优势并非无条件成立，它在特定场景下能大放异彩。最典型的就是当你在列表的头部或尾部频繁进行操作时。addFirst(), removeFirst(), addLast(), removeLast()这些方法，LinkedList都能以O(1)的效率完成。因为这些操作只需要修改几个指针，不需要移动大量元素。这使得LinkedList非常适合实现队列（Queue）和双端队列（Deque）的数据结构，例如Java中的ArrayDeque虽然也常用于队列，但在特定场景下，LinkedList作为Deque的实现也是一个选择。

另一个能体现其优势的场景是，当你已经通过迭代器定位到某个元素，并希望在其前后进行插入或删除。例如，使用ListIterator进行遍历时，listIterator.add(element)或listIterator.remove()操作，都是O(1)的。因为迭代器本身就持有当前节点的引用，直接修改其前后节点的指针即可，无需重新遍历。

举个例子，假设你在处理一个实时日志流，需要不断地将新日志添加到列表的末尾，同时移除最旧的日志以控制内存占用。这时，如果使用ArrayList，每次移除头部元素都需要移动所有后续元素，效率会很低。而LinkedList则能轻松应对，addLast()和removeFirst()都是瞬间完成。

然而，如果你的插入或删除操作需要先通过索引查找（例如list.add(index, element)或list.remove(index)），那么查找的O(n)开销会抵消甚至超过LinkedList在插入删除上的O(1)优势。所以，理解“优势”背后的条件至关重要。

如何在实际开发中权衡选择ArrayList与LinkedList？

在实际开发中做选择，从来都不是非黑即白。除了纯粹的性能考量，还有很多因素需要纳入考量。

一个很重要的点是数据规模。如果你的列表元素数量很少（比如几十个，甚至几百个），那么ArrayList和LinkedList之间的性能差异可能微乎其微，甚至可以忽略不计。在这种情况下，选择哪个更多取决于代码的可读性和习惯。ArrayList通常更简单直接。

其次是内存消耗。LinkedList的每个节点都需要额外的内存来存储前驱和后继引用，这使得它在存储相同数量元素时，通常比ArrayList占用更多的内存。对于内存敏感的应用，这可能是一个需要考虑的因素。虽然ArrayList在扩容时会暂时占用双倍内存，但这是短暂的，且其基础占用更少。

再者是业务场景的演变。你现在可能主要进行读取操作，但未来业务需求可能会倾向于频繁的中间插入删除。或者反过来。所以在设计初期，最好能预估未来的主要操作模式。如果难以预估，或者操作模式混合，那么ArrayList通常是一个更“安全”的默认选择，因为它在随机访问和遍历上的表现通常更稳定，且缓存友好。

最后，代码的复杂性和可维护性也应被考虑。ArrayList的API通常更直观，更符合数组的直觉。LinkedList在处理迭代器操作时可能会稍微复杂一些。

总结一下，我的个人建议是：

• 默认优先考虑ArrayList。 它的性能在大多数通用场景下表现优秀，特别是随机访问和遍历。
• 只有在明确知道有大量中间插入/删除，并且能够有效避免索引查找开销时，才考虑LinkedList。 例如，当你已经持有迭代器，或者操作总是发生在列表两端。
• 小数据量时，不必过分纠结。
• 进行实际的性能测试（Profiling）。 如果性能是关键瓶颈，任何理论分析都不如真实的数据来得有说服力。在你的特定应用场景下，跑一跑基准测试，看看哪个表现更好，这才是最可靠的决策依据。

选择集合类型，就像选择合适的工具一样，没有万能钥匙。理解它们的内在机制，结合你的具体需求，才能做出最明智的决定。

到这里，我们也就讲完了《ArrayList与LinkedList区别详解》的内容了。个人认为，基础知识的学习和巩固，是为了更好的将其运用到项目中，欢迎关注golang学习网公众号，带你了解更多关于Java集合,linkedlist,ArrayList,插入删除,随机访问的知识点！