Java集合类主要分为List,Set,Map三大类。ArrayList和LinkedList是则List接口的俩个实现。他们都可以作为顺序存放元素的容器，并且元素可以重复，可以为null值。当有元素重复时，如果按元素而非索引进行一些操作时，则会对List中的第一个符合条件的元素进行操作，如remove(E o)会删除第一个元素。此外,ArrayList与LinkedList并非线程安全的容器，因此在多线程环境下，需要用Collections.synchronizedList()方法来进行包装或者使用其他线程安全的容器。
尽管ArrayList和LinkedList都是一个List，但他们底层实现机制并不同，ArrayList基于数组，因此具有随机访问的特点，LinkedList则基于链表，因此在删除和插入元素时，仅仅可以通过移动指针来实现而无需像数组一样移动元素。
其次要注意当我们用ArrayList和LinkedList存放我们自定义对象的时候，要考虑是否需要实现equals方法，因为在ArrayList和LinkedList中的某些方法依赖于其元素的equals方法，如contains方法。如果我们自定义User对象未覆盖Object类默认的equals方法，那么下面这段代码会返回fasle而非true。
ArrayList list = new ArrayList<>();
list.add(new User("andy",21));
User user = new User("andy",21);
System.out.print(list.contains(user));
本文中所有类继承结构以及源码均基于JDK1.8。
ArrayList
类继承关系
其中RandomAccess和Cloneable接口一样.本身没有内容，仅仅是一个标记接口，表示ArrayList可以随机访问
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1.ArrayList动态扩容机制
ArrayList是基于数组的，因此当添加元素的时候，如果数组容量不够，则会进行自动扩容。
/**
* Default initial capacity.
*/
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
/**
* Shared empty array instance used for empty instances.
*/
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
* Shared empty array instance used for default sized empty instances. We
* distinguish this from EMPTY_ELEMENTDATA to know how much to inflate when
* first element is added.
*/
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
要想成功添加，至少需要确保数组具有当前size+1的容量
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
如果elementData(即ArrayList的容器数组)为空,那么calculateCapacity这个方法会返回DEFAULT_CAPACITY即10和minCapacity中的最大值。因此，如果初始的时候我们不指定ArrayList的容量，则当我们添加第一个元素的时候，ArrayList会自动扩容到10。
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
return minCapacity;
}
// 判断是否需要扩容，如果数组长度小于添加当前元素所需要的最小容量，则扩容，跳到grow方法
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
每次扩容为原来的1.5倍，但第一次扩容会直接扩容到10。
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
指定初始容量与不指定初始容量的ArrayList添加元素性能对比(单位ms)
// 测试环境虚拟机ubuntu16.04 jdk1.8 12g内存 8处理器
public static void noInitCapacity(){
long startTime = System.currentTimeMillis();
ArrayList list = new ArrayList();
for (int i =0;i<10000;i++){
list.add(""+i);
}
long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println(endTime-startTime);
}
public static void initCapacity(){
long startTime = System.currentTimeMillis();
ArrayList list = new ArrayList(100000);
for (int i =0;i<10000;i++){
list.add(""+i);
}
long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println(endTime-startTime);
}
| 次数 | 1000 | 10000 | 100000 | 1000000 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 vs 0 | 7 vs 5 | 39 vs 15 | 120 vs 58 |
| 2 | 2 vs 1 | 6 vs 4 | 38 vs 27 | 120 vs 74 |
| 3 | 2 vs 2 | 7 vs 4 | 32 vs 25 | 116 vs 66 |
经过测试，发现在1000数量级的时候，二者差异并不明显，但是当元素量级达到10000以上，指定初始容量的ArrayList添加元素的性能平均比未指定初始容量时要高1.5-2倍，因此在使用ArrayList的时候，最好给予一个大致的容量，避免ArrayList进行扩容
2.为什么ArrayList插入和删除效率较低
因为在ArrayList源码中,插入和删除中都用到了
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,numMoved);
所以每次进行插入和删除，都会进行大量数组拷贝，与LinkedList的具体效率对比放在最后LinkedList部分。
LinkedList
类继承关系
LinkedList除了实现List接口，还实现了Deque接口，而Deque接口允许从头部和尾部进行增加和删除元素，因此也可以直接可以把LinkedList当作队列或栈来使用。
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1. LinkedList是单链表还是双链表？
通过阅读它的链表节点内部类，可以知道LinkedList是一个双链表，即可以从前到后遍历，也可以从后到前遍历。
private static class Node {
E item;
Node next;
Node prev;
Node(Node prev, E element, Node next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}
2. LinkedList如何找到指定位置的节点？
因为LinkedList是双向链表，既可以从后遍历，也可以从前遍历，因此可以先拿index与size的一半比较，判断从哪端遍历会更快。
Node node(int index) {
// assert isElementIndex(index);
if (index < (size >> 1)) {
Node x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else {
Node x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
ArrayList与LinkedList查找、插入和删除性能对比
public static List getArrayList(int length){
ArrayList list = new ArrayList<>(length);
for (int i =0;i list = new LinkedList<>();
for (int i =0;i 测试随机访问的性能
public static void testGet(int index){
List list1 = getArrayList(1000000);
long startTime = System.currentTimeMillis();
list1.get(index);
long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println(endTime-startTime);
List list2 = getLinkedList(1000000);
long startTime2 = System.currentTimeMillis();
list2.get(index);
long endTime2 = System.currentTimeMillis();
System.out.println(endTime2-startTime2);
}
100万元素中分别取索引位置5000、10万、50万、80万位置的元素，对比ArrayList vs LinkedList
| 次数 | 5000 | 100000 | 500000 | 800000 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 vs 0 | 0 vs 1 | 0 vs 7 | 0 vs 5 |
| 2 | 0 vs 0 | 0 vs 2 | 0 vs 11 | 0 vs 4 |
| 3 | 0 vs 0 | 0 vs 4 | 0 vs 7 | 1 vs 4 |
可以发现ArrayList基本都是0ms,但是LinkedList则与index有关,index越靠近中间，时间越长，index越靠向俩边，时间越短，这也是符合LinkedList根据index与size的比较来优化遍历的。
因此更新操作ArrayList性能也是要由于LinkedList的，因为ArrayList可根据索引直接找到需要修改的元素，而LinkedList则需要遍历。
测试随机删除的性能
// 随机产生n个0-100万之间不重复的数
public static Integer[] generateRandomIntArr(int n){
HashSet sets = new HashSet<>();
Integer[] res = new Integer[n];
Random rand = new Random();
while (sets.size() < n){
sets.add(rand.nextInt(1000000)+1);
}
return sets.toArray(res);
}
public static void testDelete(int n){
Integer[] indexs = generateRandomIntArr(n);
List list1 = getArrayList(1000000);
long startTime = System.currentTimeMillis();
for (int i =0;i list2 = getLinkedList(1000000);
long startTime2 = System.currentTimeMillis();
for (int i =0;i 100万数据中随机删除10,100,1000个元素 ArrayList vs LinkedList 单位ms
| 次数 | 100 | 1000 | 1000 |
|---|---|---|---|
| 1 | 96 vs 161 | 830 vs 1525 | 7489 vs 16896 |
| 2 | 139 vs 249 | 841 vs 1723 | 8653 vs 16490 |
| 3 | 99 vs 159 | 847 vs 1510 | 7439 vs 13232 |
实验结论似乎与我们所认为的LinkedLists删除性能要高于ArrayList是相反的，但是如果将随机删除改为头部连续删除，结果则符合我们的预期,LinkedList效率远远高于ArrayList。
| 次数 | 100 | 1000 | 1000 |
|---|---|---|---|
| 1 | 10 vs 0 | 105 vs 1 | 905 vs 3 |
| 2 | 12 vs 0 | 102 vs 0 | 992 vs 4 |
| 3 | 5 vs 0 | 97 vs 0 | 938 vs 5 |
如果改为尾部连续删除，二者并无明显差异。
测试随机插入的性能
测试代码略，实验情况与删除类似。
随机删除和插入，虽然链表只需要移动指针不需要拷贝元素，但要找到正确的删除或插入位置仍然需要遍历链表，因此性能反而不如ArrayList。而头部删除和插入，因为本身first和last指针的存在，LinkedList只需要移动指针即可，而ArrayList则需要拷贝全部的元素。
结论
- ArrayList默认容量为10，扩容机制为原来容量的1.5倍
- 尽可能给ArrayList一个初始容量，避免其进行扩容
- 如果查找，更新操作很多，优先选择ArrayList
- 如果是头尾删除，插入操作较多，优先选择LinkedList
- 如果是随机删除，插入操作较多，优先选择ArrayList