Java中ArrayList和LinkedList的区别?

news/2025/1/11 8:24:40/

在 Java 中,ArrayListLinkedList都是实现了List接口的集合类,用于存储和操作有序的元素集合。它们在内部实现和性能特性上存在一些显著的区别,以下是对这两者的详细比较:

底层数据结构

  • ArrayList:基于数组实现,通过连续的内存空间存储元素。这种结构使得它支持随机访问,即可以通过索引直接快速获取元素。例如,可以使用list.get(3)这样的方式快速获取列表中索引为 3 的元素。
  • LinkedList:基于双向链表实现,每个节点除了存储数据外,还包含指向前一个节点和后一个节点的引用。这种结构在插入和删除操作时具有一定优势。

内存存储方式

  • ArrayList:创建时会分配一个初始大小的数组,当元素数量超过数组容量时,会创建一个更大的数组,并将现有元素复制到新数组中,这个过程称为动态扩容。例如,初始数组大小可能为 10,当添加第 11 个元素时,会创建一个更大的数组(如大小为 15 或 20,具体增长策略与实现有关),然后把原来的 10 个元素复制过去,再添加新元素。
  • LinkedList:每个元素都是一个单独分配内存的节点,节点之间通过引用连接,不需要像ArrayList那样进行数组扩容操作。

插入、删除操作性能差异

  • ArrayList:在列表中间或开头插入、删除元素时,可能需要移动大量后续元素来维持数组的连续性,性能相对较差。例如,在一个包含 1000 个元素的ArrayList中,在索引为 500 的位置插入一个元素,那么从索引 500 开始往后的 500 个元素都需要向后移动一位。删除操作类似,如果删除索引为 500 的元素,其后的 500 个元素都需要向前移动一位。不过,如果是在列表末尾进行插入或删除操作,性能相对较好,因为不需要移动大量元素。
  • LinkedList:在列表开头或结尾进行插入、删除操作通常只需要调整几个节点的引用,性能较好。例如,在LinkedList开头插入一个元素,只需要修改新节点的前后引用以及原头节点的前引用即可;在结尾插入元素也只需修改尾节点和新节点的引用。但是,如果要在链表中间插入或删除元素,需要先遍历链表找到相应位置,虽然插入删除操作本身只涉及修改节点引用,但遍历查找的过程会影响性能,尤其是在链表较长时。

访问元素时的效率

  • ArrayList:由于基于数组实现且支持随机访问,通过索引获取元素的效率非常高,时间复杂度为 O (1)。这意味着无论列表中有多少个元素,获取任意一个元素的时间基本相同。例如,获取一个包含 10000 个元素的ArrayList中的第 9999 个元素,与获取第 1 个元素的速度几乎一样快。
  • LinkedList:不支持随机访问,要获取特定索引位置的元素,需要从链表头(或尾)开始逐个遍历节点,直到找到目标位置,时间复杂度为 O (n),其中 n 为链表长度。例如,要获取一个包含 10000 个元素的LinkedList中的第 9999 个元素,平均需要遍历 5000 个节点左右(假设遍历是从链表头开始,且链表元素分布均匀),性能明显低于ArrayList的随机访问。

空间复杂度

  • ArrayList:整体空间复杂度相对较低,因为数组是连续存储的,不需要额外的指针空间来维护元素之间的关系(除了数组本身占用的空间外)。但是,由于动态扩容机制,可能会存在一定的空间浪费。例如,当数组扩容后,如果实际存储的元素数量没有填满新数组,那么未使用的空间就被浪费了。
  • LinkedList:每个节点除了存储数据外,还需要额外的空间来存储指向前一个和后一个节点的引用,因此空间复杂度相对较高。例如,如果存储的数据类型占用 4 字节,每个节点的引用占用 4 字节(假设是 32 位系统),那么一个LinkedList节点实际占用的内存空间就是数据大小加上两个引用大小(4 + 4 + 4 = 12 字节),相比于ArrayList在存储相同数据时占用的空间更多。

适用场景

  • ArrayList:适用于频繁进行随机访问、遍历操作,且数据量相对稳定(即不需要频繁插入和删除元素,尤其是在列表中间)的场景。例如,在一个需要根据索引快速获取元素值的系统中,如数据库查询结果的缓存存储,使用ArrayList可以快速通过索引获取到对应的数据。
  • LinkedList:适用于需要频繁在列表开头或结尾进行插入、删除操作的场景,例如实现一个队列(先进先出)或栈(后进先出)数据结构时,LinkedList的插入和删除操作效率较高。在处理大量数据且插入删除操作集中在两端的情况下,LinkedList的性能优势会更加明显。

综上所述,ArrayListLinkedList在不同的操作场景下各有优劣,开发者需要根据具体的需求来选择合适的集合类,以优化程序的性能和内存使用效率。

文章来源:https://blog.csdn.net/qq_54276699/article/details/144501447
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