前言
在面試的時候，常常會被問到幾個問題：html
ArrayList和LinkedList的區別，相信大部分朋友都能回答上：java
ArrayList是基於數組實現，LinkedList是基於鏈表實現git
當隨機訪問List時，ArrayList比LinkedList的效率更高，等等github
當被問到ArrayList和LinkedList的使用場景是什麼時，大部分朋友的答案多是：面試
ArrayList和LinkedList在新增、刪除元素時，LinkedList的效率要高於 ArrayList，而在遍歷的時候，ArrayList的效率要高於LinkedListubuntu
那這個回答是否準確呢？今天咱們就來研究研究！數組
咱們先來簡單介紹下ArrayList和LinkedList的原理實現！數據結構
源碼分析
ArrayList
實現類dom
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable 複製代碼
ArrayList實現了List接口，繼承了AbstractList抽象類，底層是數組實現的，而且實現了自增擴容數組大小。函數
ArrayList還實現了Cloneable接口和Serializable接口，因此他能夠實現克隆和序列化。
ArrayList還實現了RandomAccess接口，這個接口是一個標誌接口，他標誌着「只要實現該接口的List類，都能實現快速隨機訪問」。
基本屬性
ArrayList屬性主要由數組長度size、對象數組elementData、初始化容量default_capacity等組成， 其中初始化容量默認大小爲10。
//默認初始化容量 private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10; //對象數組 transient Object[] elementData; //數組長度 private int size; 複製代碼
從ArrayList屬性來看，elementData被關鍵字transient修飾了，transient關鍵字修飾該字段則表示該屬性不會被序列化。
但ArrayList實際上是實現了序列化接口，這是爲何呢？
因爲ArrayList的數組是基於動態擴增的，因此並非全部被分配的內存空間都存儲了數據。
若是採用外部序列化法實現數組的序列化，會序列化整個數組，ArrayList爲了不這些沒有存儲數據的內存空間被序列化，內部提供了兩個私有方法writeObject以及readObject來自我完成序列化與反序列化，從而在序列化與反序列化數組時節省了空間和時間。
所以使用transient修飾數組，是防止對象數組被其餘外部方法序列化。
ArrayList自定義序列化方法以下：
初始化
有三種初始化辦法：無參數直接初始化、指定大小初始化、指定初始數據初始化，源碼以下：
當ArrayList新增元素時，若是所存儲的元素已經超過其已有大小，它會計算元素大小後再進行動態擴容，數組的擴容會致使整個數組進行一次內存複製。
所以，咱們在初始化ArrayList時，能夠經過第一個構造函數合理指定數組初始大小，這樣有助於減小數組的擴容次數，從而提升系統性能。
注意點：
ArrayList 無參構造器初始化時，默認大小是空數組，並非你們常說的 10，10 是在第一次 add 的時候擴容的數組值。
新增元素
ArrayList新增元素的方法有兩種，一種是直接將元素加到數組的末尾，另一種是添加元素到任意位置。
public boolean add(E e) { ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! elementData[size++] = e; return true; } public void add(int index, E element) { rangeCheckForAdd(index); ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index); elementData[index] = element; size++; } 複製代碼
兩個方法的相同之處是在添加元素以前，都會先確認容量大小，若是容量夠大，就不用進行擴容；若是容量不夠大，就會按照原來數組的1.5倍大小進行擴容，在擴容以後須要將數組複製到新分配的內存地址。
下面是具體的源碼：
這兩個方法也有不一樣之處，添加元素到任意位置，會致使在該位置後的全部元素都須要從新排列，而將元素添加到數組的末尾，在沒有發生擴容的前提下，是不會有元素複製排序過程的。
因此ArrayList在大量新增元素的場景下效率不必定就很慢的
若是咱們在初始化時就比較清楚存儲數據的大小，就能夠在ArrayList初始化時指定數組容量大小，而且在添加元素時，只在數組末尾添加元素，那麼ArrayList在大量新增元素的場景下，性能並不會變差，反而比其餘List集合的性能要好。
刪除元素
ArrayList 刪除元素有不少種方式，好比根據數組索引刪除、根據值刪除或批量刪除等等，原理和思路都差很少。
ArrayList在每一次有效的刪除元素操做以後，都要進行數組的重組，而且刪除的元素位置越靠前，數組重組的開銷就越大。
咱們選取根據值刪除方式來進行源碼說明：
遍歷元素
因爲ArrayList是基於數組實現的，因此在獲取元素的時候是很是快捷的。
public E get(int index) { rangeCheck(index); return elementData(index); } E elementData(int index) { return (E) elementData[index]; } 複製代碼
LinkedList
LinkedList是基於雙向鏈表數據結構實現的。
這個雙向鏈表結構，鏈表中的每一個節點均可以向前或者向後追溯，有幾個概念以下：
- 鏈表每一個節點咱們叫作 Node，Node 有 prev 屬性，表明前一個節點的位置，next 屬性，表明後一個節點的位置；
- first 是雙向鏈表的頭節點，它的前一個節點是 null。
- last 是雙向鏈表的尾節點，它的後一個節點是 null；
- 當鏈表中沒有數據時，first 和 last 是同一個節點，先後指向都是 null；
- 由於是個雙向鏈表，只要機器內存足夠強大，是沒有大小限制的。
Node結構中包含了3個部分：元素內容item、前指針prev以及後指針next，代碼以下。
private static class Node<E> { E item;// 節點值 Node<E> next; // 指向的下一個節點 Node<E> prev; // 指向的前一個節點 // 初始化參數順序分別是：前一個節點、自己節點值、後一個節點 Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) { this.item = element; this.next = next; this.prev = prev; } } 複製代碼
LinkedList就是由Node結構對象鏈接而成的一個雙向鏈表。
實現類
LinkedList類實現了List接口、Deque接口，同時繼承了AbstractSequentialList抽象類，LinkedList既實現了List類型又有Queue類型的特色；LinkedList也實現了Cloneable和Serializable接口，同ArrayList同樣，能夠實現克隆和序列化。
因爲LinkedList存儲數據的內存地址是不連續的，而是經過指針來定位不連續地址，所以，LinkedList不支持隨機快速訪問，LinkedList也就不能實現RandomAccess接口。
public class LinkedList extends AbstractSequentialList implements List, Deque, Cloneable, java.io.Serializable 複製代碼
基本屬性
transient int size = 0; transient Node first; transient Node last; 複製代碼
咱們能夠看到這三個屬性都被transient修飾了，緣由很簡單，咱們在序列化的時候不會只對頭尾進行序列化，因此LinkedList也是自行實現readObject和writeObject進行序列化與反序列化。
下面是LinkedList自定義序列化的方法。
節點查詢
鏈表查詢某一個節點是比較慢的，須要挨個循環查找才行，咱們看看 LinkedList 的源碼是如何尋找節點的：
LinkedList 並無採用從頭循環到尾的作法，而是採起了簡單二分法，首先看看 index 是在鏈表的前半部分，仍是後半部分。
若是是前半部分，就從頭開始尋找，反之亦然。經過這種方式，使循環的次數至少下降了一半，提升了查找的性能。
新增元素
LinkedList添加元素的實現很簡潔，但添加的方式卻有不少種。
默認的add (Ee)方法是將添加的元素加到隊尾，首先是將last元素置換到臨時變量中，生成一個新的Node節點對象，而後將last引用指向新節點對象，以前的last對象的前指針指向新節點對象。
LinkedList也有添加元素到任意位置的方法，若是咱們是將元素添加到任意兩個元素的中間位置，添加元素操做只會改變先後元素的先後指針，指針將會指向添加的新元素，因此相比ArrayList的添加操做來講，LinkedList的性能優點明顯。
刪除元素
在LinkedList刪除元素的操做中，咱們首先要經過循環找到要刪除的元素，若是要刪除的位置處於List的前半段，就從前日後找；若其位置處於後半段，就從後往前找。
這樣作的話，不管要刪除較爲靠前或較爲靠後的元素都是很是高效的，但若是List擁有大量元素，移除的元素又在List的中間段，那效率相對來講會很低。
遍歷元素
LinkedList的獲取元素操做實現跟LinkedList的刪除元素操做基本相似，經過分先後半段來循環查找到對應的元素，可是經過這種方式來查詢元素是很是低效的，特別是在for循環遍歷的狀況下，每一次循環都會去遍歷半個List。
因此在LinkedList循環遍歷時，咱們可使用iterator方式迭代循環，直接拿到咱們的元素，而不須要經過循環查找List。
分析測試
新增元素操做性能測試
測試用例源代碼：
- ArrayList：paste.ubuntu.com/p/gktBvjgMG…
- LinkedList：paste.ubuntu.com/p/3jQrY2XMP…
測試結果：
| 操做 | 花費時間 |
|---|---|
| 從集合頭部位置添加元素（ArrayList） | 550 |
| 從集合頭部位置添加元素（LinkedList） | 34 |
| 從集合中間位置位置添加元素（ArrayList） | 32 |
| 從集合中間位置位置添加元素（LinkedList） | 58746 |
| 從集合尾部位置添加元素（ArrayList） | 29 |
| 從集合尾部位置添加元素（LinkedList） | 31 |
經過這組測試，咱們能夠知道LinkedList添加元素的效率未必要高於ArrayList。
從集合頭部位置添加元素
因爲ArrayList是數組實現的，在添加元素到數組頭部的時候，須要對頭部之後的數據進行復制重排，因此效率很低；
LinkedList是基於鏈表實現，在添加元素的時候，首先會經過循環查找到添加元素的位置，若是要添加的位置處於List的前半段，就從前日後找；若其位置處於後半段，就從後往前找，所以LinkedList添加元素到頭部是很是高效的。
從集合中間位置位置添加元素
ArrayList在添加元素到數組中間時，一樣有部分數據須要複製重排，效率也不是很高；
LinkedList將元素添加到中間位置，是添加元素最低效率的，由於靠近中間位置，在添加元素以前的循環查找是遍歷元素最多的操做。
從集合尾部位置添加元素
而在添加元素到尾部的操做中，在沒有擴容的狀況下，ArrayList的效率要高於LinkedList。
這是由於ArrayList在添加元素到尾部的時候，不須要複製重排數據，效率很是高。
LinkedList雖然也不用循環查找元素，但LinkedList中多了new對象以及變換指針指向對象的過程，因此效率要低於ArrayList。
注意：這是排除動態擴容數組容量的狀況下進行的測試，若是有動態擴容的狀況，ArrayList的效率也會下降。
刪除元素操做性能測試
ArrayList和LinkedList刪除元素操做測試的結果和添加元素操做測試的結果很接近！
結論： 若是須要在List的頭部進行大量的插入、刪除操做，那麼直接選擇LinkedList。不然，ArrayList便可。
遍歷元素操做性能測試
測試用例源代碼：
- ArrayList：paste.ubuntu.com/p/ZNWc9H2pY…
- LinkedList：paste.ubuntu.com/p/xSk4nHDHv…
測試結果：
| 操做 | 花費時間 |
|---|---|
| for循環（ArrayList） | 3 |
| for循環（LinkedList） | 17557 |
| 迭代器循環（ArrayList） | 4 |
| 迭代器循環（LinkedList） | 4 |
咱們能夠看到，LinkedList的for循環性能是最差的，而ArrayList的for循環性能是最好的。
這是由於LinkedList基於鏈表實現的，在使用for循環的時候，每一次for循環都會去遍歷半個List，因此嚴重影響了遍歷的效率；ArrayList則是基於數組實現的，而且實現了RandomAccess接口標誌，意味着ArrayList能夠實現快速隨機訪問，因此for循環效率很是高。
LinkedList的迭代循環遍歷和ArrayList的迭代循環遍歷性能至關，也不會太差，因此在遍歷LinkedList時，咱們要切忌使用for循環遍歷。
最後
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