java源码分析之集合框架 ArrayList和LinkedList的区别05

List概括
先来回顾一下List在Collection中的的框架图：

从图中我们可以看出：
（1）. List是一个接口，它继承与Collection接口，代表有序的队列。
（2）.AbstractList是一个抽象类，它继承于AbstractCollection。AbstractList实现了List接口中全部方法。AbstractList相比AbstractCollection和List多了一个removeRange(int fromIndex, int toIndex) 方法
（3）. AbstractList继承于AbstractCollection，但方法多于AbstractCollection：

add(int index, E element) 
addAll(int index, Collection c) 
get(int index)    
int indexOf(Object o)  
lastIndexOf(Object o)
listIterator() 
ListIterator listIterator(int index)  

（4）.AbstractSequentialList是一个抽象类，它继承与AbstrctList。AbstractSequentialList实现了“链表中，根据index索引值操作链表的全部方法”。
（5）.ArrayList、LinkedList、Vector和Stack是List的四个实现类，其中Vector是基于JDK1.0，虽然实现了同步，但是效率低，已经不用了，Stack继承与Vector，所以不再赘述。
（6）. ArrayList 这个分支主要实现“随机访问”数据存储（如数组），LinkedList这分支主要是实现“连续访问”数据存储（如链接列表），是个双向链表，它同样可以被当作栈、队列或双端队列来使用。

abstractList
1.此类提供 List 接口的骨干实现，以最大限度地减少实现“随机访问”数据存储（如数组）支持的该接口所需的工作。对于连续的访问数据（如链表），应优先使用 AbstractSequentialList，而不是此类。

2.要实现不可修改的列表，编程人员只需扩展此类，并提供 get(int) 和 size() 方法的实现。

3.要实现可修改的列表，编程人员必须另外重写 set(int, E) 方法（否则将抛出 UnsupportedOperationException）。如果列表为可变大小，则编程人员必须另外重写 add(int, E) 和 remove(int) 方法。

4.按照 Collection 接口规范中的建议，编程人员通常应该提供一个 void（无参数）和 collection 构造方法。

5.与其他抽象 collection 实现不同，编程人员不必 提供迭代器实现；迭代器和列表迭代器由此类在以下“随机访问”方法上实现：get(int)、set(int, E)、add(int, E) 和 remove(int)。

AbstractSquentialList<E>
1.此类提供了 List 接口的骨干实现，从而最大限度地减少了实现受“连续访问”数据存储（如链接列表）支持的此接口所需的工作。对于随机访问数据（如数组），应该优先使用 AbstractList，而不是先使用此类。

2.从某种意义上说，此类与在列表的列表迭代器上实现“随机访问”方法（get(int index)、set(int index, E element)、add(int index, E element) 和 remove(int index)）的 AbstractList 类相对立，而不是其他关系。

3.要实现一个列表，程序员只需要扩展此类，并提供 listIterator 和 size 方法的实现即可。对于不可修改的列表，程序员只需要实现列表迭代器的 hasNext、next、hasPrevious、previous 和 index 方法即可。

4.对于可修改的列表，程序员应该再另外实现列表迭代器的 set 方法。对于可变大小的列表，程序员应该再另外实现列表迭代器的 remove 和 add 方法。

5.按照 Collection 接口规范中的推荐，程序员通常应该提供一个 void（无参数）构造方法和 collection 构造方法。

ArrayList和LinkedList区别
我们知道，通常情况下，ArrayList和LinkedList的区别有以下几点：
1. ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构，而LinkedList是基于链表的数据结构；
2. 对于随机访问 get和set，ArrayList要优于LinkedList，这个结果我们在上一节已经验证LinkedList的随机访问超级慢。
3.中间插入和移除，linkedList 优于ArrayList .
3. 对于向中间（index）添加和删除操作add和remove，对于中间添加或删除，LinkedList和ArrayList并不能明确说明谁快谁慢，下面会详细分析。

我们结合之前分析的源码，来看看为什么是这样的：

ArrayList中的随机访问、添加和删除部分源码如下：

//获取index位置的元素值  
public E get(int index) {  
    rangeCheck(index); //首先判断index的范围是否合法  

    return elementData(index);  
}  

//将index位置的值设为element，并返回原来的值  
public E set(int index, E element) {  
    rangeCheck(index);  

    E oldValue = elementData(index);  
    elementData[index] = element;  
    return oldValue;  
}  

//将element添加到ArrayList的指定位置  
public void add(int index, E element) {  
    rangeCheckForAdd(index);  

    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!  
    //将index以及index之后的数据复制到index+1的位置往后，即从index开始向后挪了一位  
    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,  
                     size - index);   
    elementData[index] = element; //然后在index处插入element  
    size++;  
}  

//删除ArrayList指定位置的元素  
public E remove(int index) {  
    rangeCheck(index);  

    modCount++;  
    E oldValue = elementData(index);  

    int numMoved = size - index - 1;  
    if (numMoved > 0)  
        //向左挪一位，index位置原来的数据已经被覆盖了  
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,  
                         numMoved);  
    //多出来的最后一位删掉  
    elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work  

    return oldValue;  
}  

LinkedList中的随机访问、添加和删除部分源码如下：

//获得第index个节点的值  
public E get(int index) {  
    checkElementIndex(index);  
    return node(index).item;  
}  

//设置第index元素的值  
public E set(int index, E element) {  
    checkElementIndex(index);  
    Node x = node(index);  
    E oldVal = x.item;  
    x.item = element;  
    return oldVal;  
}  

//在index个节点之前添加新的节点  
public void add(int index, E element) {  
    checkPositionIndex(index);  

    if (index == size)  
        linkLast(element);  
    else  
        linkBefore(element, node(index));  
}  

//删除第index个节点  
public E remove(int index) {  
    checkElementIndex(index);  
    return unlink(node(index));  
}  

//定位index处的节点  
Node node(int index) {  
    // assert isElementIndex(index);  
    //index
    if (index < (size >> 1)) {  
        Node x = first;  
        for (int i = 0; i < index; i++)  
            x = x.next;  
        return x;  
    } else { //index>=size/2时，从尾开始找  
        Node x = last;  
        for (int i = size - 1; i > index; i--)  
            x = x.prev;  
        return x;  
    }  
}  

从源码可以看出，ArrayList想要get(int index)元素时，直接返回index位置上的元素，而LinkedList需要通过for循环进行查找，虽然LinkedList已经在查找方法上做了优化，比如index < size / 2，则从左边开始查找，反之从右边开始查找，但是还是比ArrayList（随机查找）要慢。这点是毋庸置疑的。

ArrayList想要在指定位置插入或删除元素时，主要耗时的是System.arraycopy动作，会移动index后面所有的元素；LinkedList主耗时的是要先通过for循环找到index，然后直接插入或删除。这就导致了两者并非一定谁快谁慢，下面通过一个测试程序来测试一下两者插入的速度：

import java.util.ArrayList;    
import java.util.Collections;    
import java.util.LinkedList;    
import java.util.List;    
/* 
 * @description 测试ArrayList和LinkedList插入的效率 
 * @eson_15      
 */  
public class ArrayOrLinked {    
    static List array=new ArrayList();    
    static List linked=new LinkedList();    

    public static void main(String[] args) {    

        //首先分别给两者插入10000条数据  
        for(int i=0;i<10000;i++){    
            array.add(i);    
            linked.add(i);    
        }    
        //获得两者随机访问的时间  
        System.out.println("array time:"+getTime(array));    
        System.out.println("linked time:"+getTime(linked));    
        //获得两者插入数据的时间  
        System.out.println("array insert time:"+insertTime(array));    
        System.out.println("linked insert time:"+insertTime(linked));    

    }    
    public static long getTime(List list){    
        long time=System.currentTimeMillis();    
        for(int i = 0; i < 10000; i++){    
            int index = Collections.binarySearch(list, list.get(i));    
            if(index != i){    
                System.out.println("ERROR!");    
            }    
        }    
        return System.currentTimeMillis()-time;    
    }    

    //插入数据  
    public static long insertTime(List list){   
        /* 
         * 插入的数据量和插入的位置是决定两者性能的主要方面， 
         * 我们可以通过修改这两个数据，来测试两者的性能 
         */  
        long num = 10000; //表示要插入的数据量  
        int index = 1000; //表示从哪个位置插入  
        long time=System.currentTimeMillis();    
        for(int i = 1; i < num; i++){    
            list.add(index, i);       
        }    
        return System.currentTimeMillis()-time;    

    }    

}    

主要有两个因素决定他们的效率，插入的数据量和插入的位置。我们可以在程序里改变这两个因素来测试它们的效率。

当数据量较小时，测试程序中，大约小于30的时候，两者效率差不多，没有显著区别；当数据量较大时，大约在容量的1/10处开始，LinkedList的效率就开始没有ArrayList效率高了，特别到一半以及后半的位置插入时，LinkedList效率明显要低于ArrayList，而且数据量越大，越明显。比如测试了一种情况，在index=1000的位置(容量的1/10)插入10000条数据和在index=5000的位置以及在index=9000的位置插入10000条数据的运行时间如下：

在index=1000出插入结果：  
array time:4  
linked time:240  
array insert time:20  
linked insert time:18  

在index=5000处插入结果：  
array time:4  
linked time:229  
array insert time:13  
linked insert time:90  

在index=9000处插入结果：  
array time:4  
linked time:237  
array insert time:7  
linked insert time:92  

从运行结果看，LinkedList的效率是越来越差。

所以当插入的数据量很小时，两者区别不太大，当插入的数据量大时，大约在容量的1/10之前，LinkedList会优于ArrayList，在其后就劣与ArrayList，且越靠近后面越差。所以个人觉得，一般首选用ArrayList，由于LinkedList可以实现栈、队列以及双端队列等数据结构，所以当特定需要时候，使用LinkedList，当然咯，数据量小的时候，两者差不多，视具体情况去选择使用；当数据量大的时候，如果只需要在靠前的部分插入或删除数据，那也可以选用LinkedList，反之选择ArrayList反而效率更高。