用 ArrayList 還是 LinkedList?
- 2019 年 11 月 3 日
- 筆記
本文旨在為 Java 開發這擇合適的順序數據結構提供指導。
ArrayList 和 LinkedList 是 Java 集合框架中用來存儲對象引用列表的兩個類。ArrayList 和 LinkedList 都實現 List 接口。首先，讓我們了解一下它們最重要的父接口——List。
1. List 接口
列表（list）是元素的有序集合，也稱為序列。它提供了基於元素位置的操作，有助於快速訪問、添加和刪除列表中特定索引位置的元素。List 接口實現了 Collection 和 Iterable 作為父接口。它允許存儲重複值和空值，支持通過索引訪問元素。
2. 用法
下面是使用 List 接口聲明 ArrayList 和 LinkedList 的代碼片段。
import java.util.*; public class MyClass { // 非同步或非線程安全 List<Object> arrayList = new ArrayList<>(); // 聲明一個 array list List<Object> linkedList = new LinkedList(); // 聲明 linked list // 確保線程安全 List<Object> tsArrayList = Collections.synchronizedList(new LinkedList<>()); List<Object> tsLinkedList = Collections.synchronizedList(new LinkedList<>()); }
Vector 與 ArrayList 類似，只是它們支持自動同步，這也使得 Vector 線程安全，但同時會帶來一些性能損耗。
3. 內部實現
3.1 LinkedList 內部實現
Linkedlist 數據結構包含一組有序的數據元素，稱為節點。每個元素都包含對其後續元素，即下一個元素的鏈接或引用。序列的最後一個元素（尾部）指向空元素。鏈表本身包含對鏈表第一個元素的引用，該元素稱為 head 元素。Java 中的 LinkedList 是 List 接口的雙向鏈表。在雙向鏈表中，每個節點都指向它的上一個節點和下一個節點。此外，它還實現了其他接口，比如 Serializable、 Cloneable 和 Deque（實現 Queue 作為父接口）。
3.2 ArrayList 內部實現
ArrayList 是可調整大小的數組，實現了 List 接口。它的內部是一個對象數組，可以根據需要擴容支持在集合中加入更多元素。可以通過構造函數 ArrayList(int initialCapacity)指定 ArrayList 的初始容量，然後在必要時使用 void ensureCapacity(int minCapacity) 增加容量，確保至少可以容納初始化時最小容量參數指定數量的元素。
它還提供一個方法 void trimToSize()，可以減少現有元素的大小。
// 調用構造函數 ArrayList<type>(initialCapacity) List arr = new ArrayList<Integer>(10);
默認情況下，ArrayList 創建初始容量為10的列表，而 LinkedList 只構造一個沒有設置任何初始容量的空列表。Linkedlist 不實現 RandomAccess 接口，而 ArrayList 實現了 RandomAccess 接口（而非 Deque 接口）。
4. 各種操作的時空複雜性
5. 小貼士
考慮下面遍歷 LinkedList 的示例代碼。在這段代碼中遍歷會非常慢，因為 LinkedList 不支持隨機訪問，因此每次遍歷都會帶來巨大的開銷。
LinkedList ll = new LinkedList(); … … Object o = null; for (int i = 0; i < list.size(); i++) { o = list.get(i); … }
一個更好的方法可提高性能，像下面這段代碼。
LinkedList ll = new LinkedList(); … … Object o = null; ListIterator li = list.listIterator(0); while (li.hasNext()){ o = ll.next(); … }
6. 總結
相比較而言 ArrayList 更快而且更好，因為它支持對其元素的隨機訪問。遍歷鏈表或在中間插入新元素開銷很大，因為必須遍歷每個元素而且很可能遇到緩存失敗。如果需要在一次迭代中對列表中的多個項目執行處理，那麼 LinkedList 的開銷比 ArrayList 使用時多次複製數組元素的開銷要小。
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