ArrayList与LinkedList的区别以及JDK11中的底层实现
1 概述
本文主要讲述了ArrayList与LinkedList的相同以及不同之处，以及两者的底层实现（环境OpenJDK 11.0.12）。
2 两者区别
在详细介绍两者的底层实现之前，先来简单看一下两者的异同。
2.1 相同点
- 两者都实现了
List接口，都继承了AbstractList（LinkedList间接继承，ArrayList直接继承） - 都是线程不安全的，两者都是不同步的
- 都具有增删查改方法
2.2 不同点
- 底层数据结构不同：
ArrayList基于Object[]数组，LinkedList基于LinkedList.Node双向链表 - 随机访问效率不同：
ArrayList随机访问能做到O(1)（实现RandomAccess），因为可以直接通过下标找到元素，而LinkedList需要从头指针开始遍历，时间O(n) - 初始化操作不同：
ArrayList无参初始化时初始化为一个空数组，而LinkedList不需要 - 扩容：
ArrayList当长度不足以容纳新元素的时候，会进行扩容，而LinkedList不会 - 内存空间占用：
ArrayList的内存空间占用主要体现在数组结尾会预留一定容量空间，而LinkedList空间花费主要体现在每一个元素都需要消耗比ArrayList更多的空间
3 ArrayList底层
3.1 基本结构
底层使用Object[]数组实现，成员变量如下：
private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = new Object[0];
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = new Object[0];
transient Object[] elementData;
private int size;
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = 2147483639;
默认的初始化容量为10，接下来是两个空数组，供默认构造方法以及带初始化容量的构造方法使用：
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else {
if (initialCapacity != 0) {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: " + initialCapacity);
}
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
下面再来看一些重要方法，包括：
add()remove()indexOf()/lastIndexOf()/contains()
3.2 add()
add()方法有四个：
add(E e)add(int index,E e)addAll(Collection<? extends E> c)addAll(int index, Collection<? extends E> c
3.2.1 单一元素add()
先来看一下add(E e)以及add(int index,E eelment)：
private void add(E e, Object[] elementData, int s) {
if (s == elementData.length) {
elementData = this.grow();
}
elementData[s] = e;
this.size = s + 1;
}
public boolean add(E e) {
++this.modCount;
this.add(e, this.elementData, this.size);
return true;
}
public void add(int index, E element) {
this.rangeCheckForAdd(index);
++this.modCount;
int s;
Object[] elementData;
if ((s = this.size) == (elementData = this.elementData).length) {
elementData = this.grow();
}
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, s - index);
elementData[index] = element;
this.size = s + 1;
}
add(E e)实际调用的是一个私有方法，判断是否需要扩容之后，直接添加到末尾。而add(int index,E element)会首先检查下标是否合法，合法的话，再判断是否需要扩容，之后调用System.arraycopy对数组进行复制，最后进行赋值并将长度加1。
关于System.arraycopy，官方文档如下：
一共有5个参数：
- 第一个参数：原数组
- 第二个参数：原数组需要开始复制的位置
- 第三个参数：目标数组
- 第四个参数：复制到目标数组的开始位置
- 第五个参数：需要复制的数目
也就是说：
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, s - index);
的作用是将原数组在index后面的元素“往后挪”，空出一个位置让index进行插入。
3.2.2 addAll()
下面来看一下两个addAll()：
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
Object[] a = c.toArray();
++this.modCount;
int numNew = a.length;
if (numNew == 0) {
return false;
} else {
Object[] elementData;
int s;
if (numNew > (elementData = this.elementData).length - (s = this.size)) {
elementData = this.grow(s + numNew);
}
System.arraycopy(a, 0, elementData, s, numNew);
this.size = s + numNew;
return true;
}
}
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
this.rangeCheckForAdd(index);
Object[] a = c.toArray();
++this.modCount;
int numNew = a.length;
if (numNew == 0) {
return false;
} else {
Object[] elementData;
int s;
if (numNew > (elementData = this.elementData).length - (s = this.size)) {
elementData = this.grow(s + numNew);
}
int numMoved = s - index;
if (numMoved > 0) {
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew, numMoved);
}
System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
this.size = s + numNew;
return true;
}
}
在第一个addAll中，首先判断是否需要扩容，接着也是直接调用目标集合添加到尾部。而在第二个addAll中，由于多了一个下标参数，处理步骤稍微多了一点：
- 首先判断下标是否合法
- 接着判断是否需要扩容
- 再计算是否需要把原来的数组元素“往后挪”，也就是
if里面的System.arraycopy - 最后把目标数组复制到指定的
index位置
3.2.3 扩容
上面的add()方法都涉及到了扩容，也就是grow方法，下面来看一下：
private Object[] grow(int minCapacity) {
return this.elementData = Arrays.copyOf(this.elementData, this.newCapacity(minCapacity));
}
private Object[] grow() {
return this.grow(this.size + 1);
}
private int newCapacity(int minCapacity) {
int oldCapacity = this.elementData.length;
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
if (newCapacity - minCapacity <= 0) {
if (this.elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
return Math.max(10, minCapacity);
} else if (minCapacity < 0) {
throw new OutOfMemoryError();
} else {
return minCapacity;
}
} else {
return newCapacity - 2147483639 <= 0 ? newCapacity : hugeCapacity(minCapacity);
}
}
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity < 0) {
throw new OutOfMemoryError();
} else {
return minCapacity > 2147483639 ? 2147483647 : 2147483639;
}
}
grow()首先通过newCapacity计算需要扩容的容量，接着调用Arrays.copyOf将旧元素复制过去，并将返回值覆盖到原来的数组。而在newCapacity中，有两个变量：
newCapacity：新的容量，默认是旧容量的1.5倍，也就是默认扩容1.5倍minCapacity：最低需要的容量
如果最低容量大于等于新容量，则是如下情况之一：
- 通过默认构造初始化的数组：返回
minCapacity与10的最大值 - 溢出：直接抛
OOM - 否则返回最小容量值
如果不是，则判断新容量是否达到最大值（这里有点好奇为什么不用MAX_ARRAY_SIZE，猜测是反编译的问题），如果没有到达最大值，则返回新容量，如果到达了最大值，调用hugeCapacity。
hugeCapacity同样会首先判断最小容量是否小于0，小于则抛OOM，否则将其与最大值（MAX_ARRAY_SIZE）判断，如果大于返回Integer.MAX_VALUE，否则返回MAX_ARRAY_SIZE。
3.3 remove()
remove()包含四个方法：
remove(int index)remove(Object o)removeAll()removeIf()
3.3.1 单一元素remove()
也就是remove(int index)以及remove(Object o)：
public E remove(int index) {
Objects.checkIndex(index, this.size);
Object[] es = this.elementData;
E oldValue = es[index];
this.fastRemove(es, index);
return oldValue;
}
public boolean remove(Object o) {
Object[] es = this.elementData;
int size = this.size;
int i = 0;
if (o == null) {
while(true) {
if (i >= size) {
return false;
}
if (es[i] == null) {
break;
}
++i;
}
} else {
while(true) {
if (i >= size) {
return false;
}
if (o.equals(es[i])) {
break;
}
++i;
}
}
this.fastRemove(es, i);
return true;
}
其中remove(int index)的逻辑比较简单，先检查下标合法性，然后保存需要remove的值，并调用fastRemove()进行移除，而在remove(Object o)中，直接对数组进行遍历，并判断是否存在对应的元素，如果不存在直接返回false，如果存在，调用fastRemove()，并返回true。
下面看一下fastRemove()：
private void fastRemove(Object[] es, int i) {
++this.modCount;
int newSize;
if ((newSize = this.size - 1) > i) {
System.arraycopy(es, i + 1, es, i, newSize - i);
}
es[this.size = newSize] = null;
}
首先修改次数加1，然后将数组长度减1，并判断新长度是否是最后一个，如果是最后一个则不需要移动，如果不是，调用System.arraycopy将数组向前“挪”1位，最后将末尾多出来的一个值置为null。
3.3.2 removeAll()
public boolean removeAll(Collection<?> c) {
return this.batchRemove(c, false, 0, this.size);
}
boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement, int from, int end) {
Objects.requireNonNull(c);
Object[] es = this.elementData;
for(int r = from; r != end; ++r) {
if (c.contains(es[r]) != complement) {
int w = r++;
try {
for(; r < end; ++r) {
Object e;
if (c.contains(e = es[r]) == complement) {
es[w++] = e;
}
}
} catch (Throwable var12) {
System.arraycopy(es, r, es, w, end - r);
w += end - r;
throw var12;
} finally {
this.modCount += end - w;
this.shiftTailOverGap(es, w, end);
}
return true;
}
}
return false;
}
removeAll实际上调用的是batchRemove()，在batchRemove()中，有四个参数，含义如下：
Collection<?> c：目标集合boolean complement：如果取值true，表示保留数组中包含在目标集合c中的元素，如果为false，表示删除数组中包含在目标集合c中的元素from/end：区间范围，左闭右开
所以传递的(c,false,0,this.size)表示删除数组里面在目标集合c中的元素。下面简单说一下执行步骤：
- 首先进行判空操作
- 接着找到第一符合要求的元素（这里是找到第一个需要删除的元素）
- 找到后从该元素开始继续向后查找，同时记录删除后的数组中最后一个元素的下标
w try/catch是一种保护性行为，因为contains()在AbstractCollection的实现中，会使用Iterator，这里catch异常后仍然调用System.arraycopy，使得已经处理的元素“挪到”前面- 最后会增加修改的次数，并调用
shiftTailOverGap，该方法在后面会详解
3.3.3 removeIf()
public boolean removeIf(Predicate<? super E> filter) {
return this.removeIf(filter, 0, this.size);
}
boolean removeIf(Predicate<? super E> filter, int i, int end) {
Objects.requireNonNull(filter);
int expectedModCount = this.modCount;
Object[] es;
for(es = this.elementData; i < end && !filter.test(elementAt(es, i)); ++i) {
}
if (i < end) {
int beg = i;
long[] deathRow = nBits(end - i);
deathRow[0] = 1L;
++i;
for(; i < end; ++i) {
if (filter.test(elementAt(es, i))) {
setBit(deathRow, i - beg);
}
}
if (this.modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
} else {
++this.modCount;
int w = beg;
for(i = beg; i < end; ++i) {
if (isClear(deathRow, i - beg)) {
es[w++] = es[i];
}
}
this.shiftTailOverGap(es, w, end);
return true;
}
} else if (this.modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
} else {
return false;
}
}
在removeIf中，删除符合条件的元素，首先会进行判空操作，然后找到第一个符合条件的元素下标，如果找不到（i>=end），判断是否有并发操作问题，没有的话返回false，如果i<end，也就是正式进入删除流程：
- 记录开始下标
beg deathRow是一个标记数组，长度为(end-i-1)>>6 + 1，从beg开始如果遇到符合条件的元素就对下标进行标记（调用setBit）- 标记后进行删除，所谓的删除其实就是把后面不符合条件的元素逐个移动到
beg之后的位置上 - 调用
shiftTailOverGap处理末尾的元素 - 返回
true，表示存在符合条件的元素并进行了删除操作
3.3.4 shiftTailOverGap()
上面的removeAll()以及removeIf()都涉及到了shiftTailOverGap()，下面来看一下实现：
private void shiftTailOverGap(Object[] es, int lo, int hi) {
System.arraycopy(es, hi, es, lo, this.size - hi);
int to = this.size;
for(int i = this.size -= hi - lo; i < to; ++i) {
es[i] = null;
}
}
该方法将es数组中的元素向前移动hi-lo位，并将移动之后的在末尾多出来的那部分元素置为null。
3.4 indexOf()系列
包括：
indexOf()lastIndexOf()contains()
3.4.1 indexOf
public int indexOf(Object o) {
return this.indexOfRange(o, 0, this.size);
}
int indexOfRange(Object o, int start, int end) {
Object[] es = this.elementData;
int i;
if (o == null) {
for(i = start; i < end; ++i) {
if (es[i] == null) {
return i;
}
}
} else {
for(i = start; i < end; ++i) {
if (o.equals(es[i])) {
return i;
}
}
}
return -1;
}
indexOf()实际上是一个包装好的方法，会调用内部的indexOfRange()进行查找，逻辑很简单，首先判断需要查找的值是否为空，如果不为空，使用equals()判断，否则使用==判断，找到就返回下标，否则返回-1。
3.4.2 contains()
contains()实际上是indexOf()的包装：
public boolean contains(Object o) {
return this.indexOf(o) >= 0;
}
调用indexOf()方法，根据返回的下标判断是否大于等于0，如果是则返回存在，否则返回不存在。
3.4.3 lastIndexOf()
lastIndexOf()实现与indexOf()类似，只不过是从尾部开始遍历，内部调用的是lastIndexOfRange()：
public int lastIndexOf(Object o) {
return this.lastIndexOfRange(o, 0, this.size);
}
int lastIndexOfRange(Object o, int start, int end) {
Object[] es = this.elementData;
int i;
if (o == null) {
for(i = end - 1; i >= start; --i) {
if (es[i] == null) {
return i;
}
}
} else {
for(i = end - 1; i >= start; --i) {
if (o.equals(es[i])) {
return i;
}
}
}
return -1;
}
4 LinkedList底层
4.1 基本结构
首先来看一下里面的成员变量：
transient int size;
transient LinkedList.Node<E> first;
transient LinkedList.Node<E> last;
private static final long serialVersionUID = 876323262645176354L;
一个表示长度，一个头指针和一个尾指针。
其中LinkedList.Node实现如下：
private static class Node<E> {
E item;
LinkedList.Node<E> next;
LinkedList.Node<E> prev;
Node(LinkedList.Node<E> prev, E element, LinkedList.Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}
可以看到LinkedList实际是基于双链表实现的。
下面再来看一些重要方法，包括：
add()remove()get()
4.2 add()
add()方法包括6个：
add(E e)add(int index,E e)addFirst(E e)addLast(E e)addAll(Collection<? extends E> c)addAll(int index, Collection<? extends E> c)
4.2.1 linkFirst/linkLast/linkBefore实现的add()
先看一下比较简单的四个add()：
public void addFirst(E e) {
this.linkFirst(e);
}
public void addLast(E e) {
this.linkLast(e);
}
public boolean add(E e) {
this.linkLast(e);
return true;
}
public void add(int index, E element) {
this.checkPositionIndex(index);
if (index == this.size) {
this.linkLast(element);
} else {
this.linkBefore(element, this.node(index));
}
}
可以看到，上面的四个add()不进行任何的添加元素操作，add()只是添加元素的封装，真正实现add操作的是linkLast()、linkFirst()和linkBefore()，这些方法顾名思义就是把元素链接到链表的末尾或者头部，或者链表某个节点的前面：
void linkLast(E e) {
LinkedList.Node<E> l = this.last;
LinkedList.Node<E> newNode = new LinkedList.Node(l, e, (LinkedList.Node)null);
this.last = newNode;
if (l == null) {
this.first = newNode;
} else {
l.next = newNode;
}
++this.size;
++this.modCount;
}
private void linkFirst(E e) {
LinkedList.Node<E> f = this.first;
LinkedList.Node<E> newNode = new LinkedList.Node((LinkedList.Node)null, e, f);
this.first = newNode;
if (f == null) {
this.last = newNode;
} else {
f.prev = newNode;
}
++this.size;
++this.modCount;
}
void linkBefore(E e, LinkedList.Node<E> succ) {
LinkedList.Node<E> pred = succ.prev;
LinkedList.Node<E> newNode = new LinkedList.Node(pred, e, succ);
succ.prev = newNode;
if (pred == null) {
this.first = newNode;
} else {
pred.next = newNode;
}
++this.size;
++this.modCount;
}
实现大体相同，一个是添加到尾部，一个是添加头部，一个是插入到前面。另外，三者在方法的最后都有如下操作：
++this.size;
++this.modCount;
第一个表示节点的个数加1，而第二个，则表示对链表的修改次数加1。
比如，在unlinkLast方法的最后，有如下代码：
--this.size;
++this.modCount;
unlinkLast操作就是移除最后一个节点，节点个数减1的同时，对链表的修改次数加1。
另一方面，通常来说链表插入操作需要找到链表的位置，但是在三个link方法里面，都看不到for循环找到插入位置的代码，这是为什么呢？
由于保存了头尾指针，linkFirst()以及linkLast()并不需要遍历找到插入的位置，但是对于linkBefore()来说，需要找到插入的位置，不过linkBefore()并没有类似“插入位置/插入下标”之类的参数，而是只有一个元素值以及一个后继节点。换句话说，这个后继节点就是通过循环得到的插入位置，比如，调用的代码如下：
this.linkBefore(element, this.node(index));
可以看到在this.node()中，传入了一个下标，并返回了一个后继节点，也就是遍历操作在该方法完成：
LinkedList.Node<E> node(int index) {
LinkedList.Node x;
int i;
if (index < this.size >> 1) {
x = this.first;
for(i = 0; i < index; ++i) {
x = x.next;
}
return x;
} else {
x = this.last;
for(i = this.size - 1; i > index; --i) {
x = x.prev;
}
return x;
}
}
这里首先通过判断下标是位于“哪一边”，如果靠近头部，从头指针开始往后遍历，如果靠近尾部，从尾指针开始向后遍历。
4.2.2 遍历实现的addAll()
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
return this.addAll(this.size, c);
}
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
this.checkPositionIndex(index);
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
if (numNew == 0) {
return false;
} else {
LinkedList.Node pred;
LinkedList.Node succ;
if (index == this.size) {
succ = null;
pred = this.last;
} else {
succ = this.node(index);
pred = succ.prev;
}
Object[] var7 = a;
int var8 = a.length;
for(int var9 = 0; var9 < var8; ++var9) {
Object o = var7[var9];
LinkedList.Node<E> newNode = new LinkedList.Node(pred, o, (LinkedList.Node)null);
if (pred == null) {
this.first = newNode;
} else {
pred.next = newNode;
}
pred = newNode;
}
if (succ == null) {
this.last = pred;
} else {
pred.next = succ;
succ.prev = pred;
}
this.size += numNew;
++this.modCount;
return true;
}
}
首先可以看到两个addAll实际上调用的是同一个方法，步骤简述如下：
- 首先通过
checkPositionIndex判断下标是否合法 - 接着把目标集合转为
Object[]数组 - 进行一些特判处理，判断
index的范围是插入中间，还是在末尾插入 for循环遍历目标数组，并插入到链表中- 修改节点长度，并返回
4.3 remove()
与add()类似，remove包括：
remove()remove(int index)remove(Object o)removeFirst()removeLast()removeFirstOccurrence(Object o)removeLastOccurrence(Object o)
当然其实还有两个removeAll与removeIf，但实际上是父类的方法，这里就不分析了。
4.3.1 unlinkFirst()/unlinkLast()实现的remove()
remove()、removeFirst()、removeLast()实际上是通过调用unlinkFirst()/unlinkLast()进行删除的，其中remove()只是removeFirst()的一个别名：
public E remove() {
return this.removeFirst();
}
public E removeFirst() {
LinkedList.Node<E> f = this.first;
if (f == null) {
throw new NoSuchElementException();
} else {
return this.unlinkFirst(f);
}
}
public E removeLast() {
LinkedList.Node<E> l = this.last;
if (l == null) {
throw new NoSuchElementException();
} else {
return this.unlinkLast(l);
}
}
逻辑很简单，判空之后，调用unlinkFirst()/unlinkLast()：
private E unlinkFirst(LinkedList.Node<E> f) {
E element = f.item;
LinkedList.Node<E> next = f.next;
f.item = null;
f.next = null;
this.first = next;
if (next == null) {
this.last = null;
} else {
next.prev = null;
}
--this.size;
++this.modCount;
return element;
}
private E unlinkLast(LinkedList.Node<E> l) {
E element = l.item;
LinkedList.Node<E> prev = l.prev;
l.item = null;
l.prev = null;
this.last = prev;
if (prev == null) {
this.first = null;
} else {
prev.next = null;
}
--this.size;
++this.modCount;
return element;
}
而在这两个unlink中，由于已经保存了头指针和尾指针的位置，因此两者可以直接在O(1)内进行移除操作，最后将节点长度减1，修改次数加1，并返回旧元素。
4.3.2 unlink()实现的remove()
再来看一下remove(int index)、remove(Object o)、removeFirstOccurrence(Object o)、removeLastOccurrence(Object o)：
public E remove(int index) {
this.checkElementIndex(index);
return this.unlink(this.node(index));
}
public boolean remove(Object o) {
LinkedList.Node x;
if (o == null) {
for(x = this.first; x != null; x = x.next) {
if (x.item == null) {
this.unlink(x);
return true;
}
}
} else {
for(x = this.first; x != null; x = x.next) {
if (o.equals(x.item)) {
this.unlink(x);
return true;
}
}
}
return false;
}
public boolean removeFirstOccurrence(Object o) {
return this.remove(o);
}
public boolean removeLastOccurrence(Object o) {
LinkedList.Node x;
if (o == null) {
for(x = this.last; x != null; x = x.prev) {
if (x.item == null) {
this.unlink(x);
return true;
}
}
} else {
for(x = this.last; x != null; x = x.prev) {
if (o.equals(x.item)) {
this.unlink(x);
return true;
}
}
}
return false;
}
这几个方法实际上都是调用unlink去移除元素，其中removeFirstOccurrence(Object o)等价于remove(Object o)，先说一下remove(int index)，该方法逻辑比较简单，先检查下标合法性，再通过下标找到节点并进行unlnk。
而在remove(Object o)中，需要首先对元素的值是否为null进行判断，两个循环实际上效果等价，会移除遇到的第一个与目标值相同的元素。在removeLastOccurrence(Object o)中，代码大体一致，只是remove(Object o)从头指针开始遍历，而removeLastOccurrence(Object o)从尾指针开始遍历。
可以看到，这几个remove方法实际上是找到要删除的节点，最后调用unlink()进行删除，下面看一下unlink()：
E unlink(LinkedList.Node<E> x) {
E element = x.item;
LinkedList.Node<E> next = x.next;
LinkedList.Node<E> prev = x.prev;
if (prev == null) {
this.first = next;
} else {
prev.next = next;
x.prev = null;
}
if (next == null) {
this.last = prev;
} else {
next.prev = prev;
x.next = null;
}
x.item = null;
--this.size;
++this.modCount;
return element;
}
实现逻辑与unlinkFirst()/unlinkLast()类似，在O(1)内进行删除，里面只是一些比较简单的特判操作，最后将节点长度减1，并将修改次数加1，最后返回旧值。
4.4 get()
get方法比较简单，对外提供了三个：
get(int index)getFirst()getLast()
其中getFirst()以及getLast()由于保存了头尾指针，特判后，直接O(1)返回：
public E getFirst() {
LinkedList.Node<E> f = this.first;
if (f == null) {
throw new NoSuchElementException();
} else {
return f.item;
}
}
public E getLast() {
LinkedList.Node<E> l = this.last;
if (l == null) {
throw new NoSuchElementException();
} else {
return l.item;
}
}
而get(int index)毫无疑问需要O(n)时间：
public E get(int index) {
this.checkElementIndex(index);
return this.node(index).item;
}
get(int index)判断下标后，实际上进行操作的是this.node()，由于该方法是通过下标找到对应的节点，源码前面也写上了，这里就不分析了，需要O(n)的时间。
5 总结
ArrayList基于Object[]实现，LinkedList基于双链表实现ArrayList随机访问效率要高于LinkedListLinkedList提供了比ArrayList更多的插入方法，而且头尾插入效率要高于ArrayList- 两者的删除元素方法并不完全相同，
ArrayList提供了独有的removeIf()，而LinkedList提供了独有的removeFirstOccurrence()以及removeLastOccurrence() ArrayList的get()方法始终为O(1)，而LinkedList只有getFirst()/getLast()为O(1)ArrayList中的两个核心方法是grow()以及System.arraycopy，前者是扩容方法，默认为1.5倍扩容，后者是复制数组方法，是一个native方法，插入、删除等等操作都需要使用LinkedList中很多方法需要对头尾进行特判，创建比ArrayList简单，无须初始化，不涉及扩容问题
6 附录：关于插入与删除的一个实验
关于插入与删除，通常认为LinkedList的效率要比ArrayList高，但实际上并不是这样，下面是一个测试插入与删除时间的小实验。
6.1 测试环境
JDK：OpenJDK 11.0.12JMH：JMH 1.33- 系统：
Manjaro 21.1.2 - 测试数组长度：
5w、50w、500w - 测试方法：
List.add(int,E),list.remove(int) - 插入与删除下标：随机生成
- 测试指标：平均时间
- 带预热
- 单线程
6.2 代码
package com.company;
import org.openjdk.jmh.annotations.*;
import org.openjdk.jmh.runner.Runner;
import org.openjdk.jmh.runner.RunnerException;
import org.openjdk.jmh.runner.options.OptionsBuilder;
import java.util.*;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.stream.Collectors;
import java.util.stream.Stream;
@BenchmarkMode(Mode.AverageTime)
@Fork(1)
@Warmup(iterations = 5)
@Measurement(iterations = 5)
@OutputTimeUnit(TimeUnit.MILLISECONDS)
@Threads(1)
@State(Scope.Benchmark)
public class Main {
private static final Random random = new Random();
private static final List<Integer> data_50_000 = Stream.generate(random::nextInt).limit(50_000).collect(Collectors.toList());
private static final List<Integer> data_500_000 = Stream.generate(random::nextInt).limit(500_000).collect(Collectors.toList());
private static final List<Integer> data_5_000_000 = Stream.generate(random::nextInt).limit(5_000_000).collect(Collectors.toList());
private static final String ARRAY_LIST_50_000 = "1";
private static final String ARRAY_LIST_500_000 = "2";
private static final String ARRAY_LIST_5_000_000 = "3";
private static final String LINKED_LIST_50_000 = "4";
private static final String LINKED_LIST_500_000 = "5";
private static final String LINKED_LIST_5_000_000 = "6";
@Param({ARRAY_LIST_50_000, ARRAY_LIST_500_000, ARRAY_LIST_5_000_000, LINKED_LIST_50_000, LINKED_LIST_500_000, LINKED_LIST_5_000_000})
private String type;
private List<Integer> list;
private int size;
@Setup
public void setUp() {
switch (type) {
case ARRAY_LIST_50_000:
list = new ArrayList<>(data_50_000);
size = 50_000;
break;
case ARRAY_LIST_500_000:
list = new ArrayList<>(data_500_000);
size = 500_000;
break;
case ARRAY_LIST_5_000_000:
list = new ArrayList<>(data_5_000_000);
size = 5_000_000;
break;
case LINKED_LIST_50_000:
list = new LinkedList<>(data_50_000);
size = 50_000;
break;
case LINKED_LIST_500_000:
list = new LinkedList<>(data_500_000);
size = 500_000;
break;
case LINKED_LIST_5_000_000:
list = new LinkedList<>(data_5_000_000);
size = 5_000_000;
break;
default:
throw new IllegalArgumentException("Illegal argument exception:" + type);
}
}
@Benchmark
public void add() {
int index = random.nextInt(size);
int element = random.nextInt();
list.add(index, element);
}
@Benchmark
public void remove() {
int n = list.size();
if (n > 0) {
list.remove(random.nextInt(n));
} else {
switch (type) {
case ARRAY_LIST_50_000:
list = new ArrayList<>(data_50_000);
break;
case ARRAY_LIST_500_000:
list = new ArrayList<>(data_500_000);
break;
case ARRAY_LIST_5_000_000:
list = new ArrayList<>(data_5_000_000);
break;
case LINKED_LIST_50_000:
list = new LinkedList<>(data_50_000);
break;
case LINKED_LIST_500_000:
list = new LinkedList<>(data_500_000);
break;
default:
list = new LinkedList<>(data_5_000_000);
break;
}
list.remove(random.nextInt(list.size()));
}
}
public static void main(String[] args) throws RunnerException {
new Runner(new OptionsBuilder().include(Main.class.getSimpleName()).build()).run();
}
}
测试结果：
Benchmark (type) Mode Cnt Score Error Units
Main.add 1 avgt 5 0.147 ± 0.083 ms/op
Main.add 2 avgt 5 0.159 ± 0.117 ms/op
Main.add 3 avgt 5 1.949 ± 0.102 ms/op
Main.add 4 avgt 5 0.274 ± 0.010 ms/op
Main.add 5 avgt 5 0.916 ± 0.507 ms/op
Main.add 6 avgt 5 4.199 ± 0.477 ms/op
Main.remove 1 avgt 5 0.001 ± 0.001 ms/op
Main.remove 2 avgt 5 0.010 ± 0.001 ms/op
Main.remove 3 avgt 5 1.844 ± 0.213 ms/op
Main.remove 4 avgt 5 0.010 ± 0.001 ms/op
Main.remove 5 avgt 5 0.107 ± 0.097 ms/op
Main.remove 6 avgt 5 3.934 ± 0.124 ms/o
其中type的1-6分别对应5w、50w、500w的ArrayList和LinkedList。
虽然这个实验有一定的局限性，但也是证明了ArrayList的插入以及删除性能并不会比LinkedList差。实际上，通过源码（看上面分析）可以知道，ArrayList插入以及删除的主要耗时在于System.arraycopy，而LinkedList主要耗时在于this.node()，实际上两者需要的都是O(n)时间。
至于为什么ArrayList的插入和删除速度要比LinkedList快，笔者猜测，是System.arraycopy的速度快于LinkedList中的for循环遍历速度，因为LinkedList中找到插入/删除的位置是通过this.node()，而该方法是使用简单的for循环实现的（当然底层是首先判断是位于哪一边，靠近头部的话从头部开始遍历，靠近尾部的话从尾部开始遍历）。相对于System.arraycopy的原生C++方法实现，可能会慢于C++，因此造成了速度上的差异。
