最详细的ArrayList和LinkedList区别及底层原理

ArrayList

1、ArrayList的数据结构

ArrayList的底层数据结构就是一个数组，数组元素的类型为Object类型，对ArrayList的所有操作底层都是基于数组的。

2、ArrayList的线程安全性

对ArrayList进行添加元素的操作的时候是分两个步骤进行的，即第一步先在object[size]的位置上存放需要添加的元素；第二步将size的值增加1。由于这个过程在多线程的环境下是不能保证具有原子性的，因此ArrayList在多线程的环境下是线程不安全的。
可能出现一个线程进行了一半操作，即在size位置上放值，另一个线程来了继续进行这一步操作，那么就会造成当前ArrayList元素实际上只有一个，存放在位置 0，而Size却等于 2，这就是“线程不安全”。

如果非要在多线程的环境下使用ArrayList，就需要保证它的线程安全性，通常有两种解决办法：

1、使用synchronized关键字；
2、可以用Collections类中的静态方法synchronizedList();对ArrayList进行调用即可。

3、ArrayList几个成员变量

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
    // 版本号
    private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
    // 缺省容量
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
    // 空对象数组
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    // 缺省空对象数组
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    // 元素数组
    transient Object[] elementData;
    // 实际元素大小，默认为0
    private int size;
    // 最大数组容量
    private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
}

1、当ArrayList的构造方法中没有显示指出ArrayList的数组长度时，类内部使用默认缺省时对象数组的容量大小，为10。

2、当ArrayList的构造方法中显示指出ArrayList的数组长度为0时，类内部将EMPTY_ELEMENTDATA 这个空对象数组赋给elemetData数组。

3、当ArrayList的构造方法中没有显示指出ArrayList的数组长度时，类内部使用默认缺省时对象数组为DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA。

4、ArrayList的底层数据结构，只是一个对象数组，用于存放实际元素，并且被标记为transient，也就意味着在序列化的时候此字段是不会被序列化的。

5、实际ArrayList中存放的元素的个数，默认时为0个元素。

6、ArrayList中的对象数组的最大数组容量为Integer.MAX_VALUE – 8

4、ArrayList的构造方法

ArrayList的构造方法比较简单，一个是无参一个int类型参数一个Collection类型构造方法。
1、无参：

public ArrayList() { 
        // 无参构造函数，设置元素数组为空 
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

2、int参：

public ArrayList(int initialCapacity) {
    if (initialCapacity > 0) { // 初始容量大于0
        this.elementData = new Object[initialCapacity]; // 初始化元素数组
    } else if (initialCapacity == 0) { // 初始容量为0
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; // 为空对象数组
    } else { // 初始容量小于0，抛出异常
        throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
    }
}

3、Collection类型构造方法：
第一步，将参数中的集合转化为数组赋给elementData；

第二步，参数集合是否是空。通过比较size与第一步中的数组长度的大小。

第三步，如果参数集合为空，则设置元素数组为空，即将EMPTY_ELEMENTDATA赋给elementData；

第四步，如果参数集合不为空，接下来判断是否成功将参数集合转化为Object类型的数组，如果转化成Object类型的数组成功，则将数组进行复制，转化为Object类型的数组。

public ArrayList(Collection<? extends E> c) { // 集合参数构造函数
    elementData = c.toArray(); // 转化为数组
    if ((size = elementData.length) != 0) { // 参数为非空集合
        if (elementData.getClass() != Object[].class) // 是否成功转化为Object类型数组
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class); // 不为Object数组的话就进行复制
    } else { // 集合大小为空，则设置元素数组为空
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
}

5、ArrayList的add()方法

在add()方法中主要完成了三件事：首先确保能够将希望添加到集合中的元素能够添加到集合中，即确保ArrayList的容量（判断是否需要扩容）；然后将元素添加到elementData数组的指定位置；最后将集合中实际的元素个数加1。

public boolean add(E e) { // 添加元素
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

6、ArrayList的扩容机制

ArrayList的扩容主要发生在向ArrayList集合中添加元素的时候。由add()方法的分析可知添加前必须确保集合的容量能够放下添加的元素。主要经历了以下几个阶段：

第一:在add()方法中调用ensureCapacityInternal(size + 1)方法来确定集合确保添加元素成功的最小集合容量minCapacity的值。参数为size+1，代表的含义是如果集合添加元素成功后，集合中的实际元素个数。换句话说，集合为了确保添加元素成功，那么集合的最小容量minCapacity应该是size+1。在ensureCapacityInternal方法中，首先判断elementData是否为默认的空数组，如果是，minCapacity为minCapacity与集合默认容量大小中的较大值。

第二:调用ensureExplicitCapacity(minCapacity)方法来确定集合为了确保添加元素成功是否需要对现有的元素数组进行扩容。首先将结构性修改计数器加一；然后判断minCapacity与当前元素数组的长度的大小，如果minCapacity比当前元素数组的长度的大小大的时候需要扩容，进入第三阶段。

第三:如果需要对现有的元素数组进行扩容，则调用grow(minCapacity)方法，参数minCapacity表示集合为了确保添加元素成功的最小容量。在扩容的时候，首先将原元素数组的长度增大1.5倍（oldCapacity + (oldCapacity >> 1)），然后对扩容后的容量与minCapacity进行比较：① 新容量小于minCapacity，则将新容量设为minCapacity；②新容量大于minCapacity，则指定新容量。最后将旧数组拷贝到扩容后的新数组中。

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { // 判断元素数组是否为空数组
        minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity); // 取较大值
    }
        
    ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    // 结构性修改加1
        modCount++;
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
        grow(minCapacity);
}

private void grow(int minCapacity) {
    int oldCapacity = elementData.length; // 旧容量
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // 新容量为旧容量的1.5倍
    if (newCapacity - minCapacity < 0) // 新容量小于参数指定容量，修改新容量
        newCapacity = minCapacity;
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) // 新容量大于最大容量
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); // 指定新容量
    // 拷贝扩容
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

7、ArrayList的remove(int index)方法

remove(int index)方法的作用是删除指定下标的元素。在该方法的源码中，将指定下标后面一位到数组末尾的全部元素向前移动一个单位，并且把数组最后一个元素设置为null，这样方便之后将整个数组不再使用时，会被GC，可以作为小技巧。而需要移动的元素个数为：size-index-1。

public E remove(int index) {
    // 检查索引是否合法
    rangeCheck(index);
        
    modCount++;
    E oldValue = elementData(index);
    // 需要移动的元素的个数
    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                             numMoved);
    // 赋值为空，有利于进行GC
    elementData[--size] = null; 
    // 返回旧值
    return oldValue;
}

转载自博客：用大白话告诉你ArrayList的底层源码

LinkedList

1、ArrayList和LinkedList区别

众所周知，甚至顾名思义我们都知道，ArrayList和LinkedList一个是数组型集合一个是链表型集合。
于是，在搞清楚它们的区别时，我们不妨先看看数组和链表的区别：

1.1、数组与链表

1.1.1、数组

数组的优点：

随机访问性强
查找速度快

数组的缺点：

插入和删除效率低，必须移动数组
可能浪费内存 内存空间要求高，必须有足够的连续内存空间。
数组大小固定，不能动态拓展

1.1.2、链表

链表的优点：

插入删除速度快，只需通过指针指向对象地址
内存利用率高，不会浪费内存
大小没有固定，拓展很灵活

链表的缺点

不能随机查找，必须从第一个开始遍历，查找效率低

在大致粗略的了解了数组和链表之后，我们再来看看这两个集合。

1.2、ArrayList和LinkedList区别

ArrayList和LinkedList的大致区别：

1、ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构，LinkedList基于链表的数据结构。 （LinkedList是双向链表，有next也有previous）

2、对于随机访问get和set，ArrayList觉得优于LinkedList，因为LinkedList要移动指针。

3、对于新增和删除操作add和remove，LinedList比较占优势，因为ArrayList要移动数据。 

其实和数组与链表的差距差不多，就是“数组查优增删难，链表查难增删快。”

1.3、功能总结和适用场景

1、对ArrayList和LinkedList而言，在列表末尾增加一个元素所花的开销都是固定的。对ArrayList而言，主要是在内部数组中增加一项，指向所添加的元素，偶尔可能会导致对数组重新进行分配；而对LinkedList而言，这个开销是统一的，分配一个内部Entry对象。

2、在ArrayList的中间插入或删除一个元素意味着这个列表中剩余的元素都会被移动；而在LinkedList的中间插入或删除一个元素的开销是固定的。

3、LinkedList不支持高效的随机元素访问。

4、ArrayList的空间浪费主要体现在在list列表的结尾预留一定的容量空间，而LinkedList的空间花费则体现在它的每一个元素都需要消耗相当的空间。

可以这样说：
当操作是在一列数据的后面添加数据而不是在前面或中间，并且需要随机地访问其中的元素时，使用ArrayList会提供比较好的性能；
当你的操作是在一列数据的前面或中间添加或删除数据，并且按照顺序访问其中的元素时，就应该使用LinkedList了，这种顺序访问是不是很像队列操作方式，LinkedList适合实现队列。