[数据结构与算法]ArrayList和LinkedList的区别及源码分析

• 数据结构不同

ArrayList是基于动态数组实现的
LinkedList是基于链表实现的

• 效率不同

当随机访问（set和get）时，ArrayList的效率是高于LinkedList的。因为ArrayList只需设置或查找相应下标的值即可，而LinkedList需要移动指针到下标处的结点再访问

当在指定下标添加和删除（add和remove）时，LinkedList的效率和ArrayList的效率就需要分情况讨论了，ArrayList在进行增删操作时需要移动下标后的所有元素，LinkedList需要找到相应位置的下标再改变指针，下面是源码分析

ArrayList在指定位置添加元素的源码：
通过System.arraycopy方法将下标处后的所有元素右移，比较耗时，最后修改该下标处的值

    public void add(int index, E element) {
        rangeCheckForAdd(index);

        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                         size - index);
        elementData[index] = element;
        size++;
    }

ArrayList在指定位置删除元素的源码：
可以看到，也是需要System.arraycopy方法来移动元素的，也比较耗时

    public E remove(int index) {
        rangeCheck(index);

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

        int numMoved = size - index - 1;
        if (numMoved > 0)
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                             numMoved);
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work

        return oldValue;
    }

LinkedList在指定位置添加元素的源码：
如果是在中间插入，会调用linkBefore方法，参数是插入的值element和该下标的当前结点node(index)

    public void add(int index, E element) {
        checkPositionIndex(index);

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

那么要怎么获取该下标的当前结点呢，可以看到有一个node方法，该方法是通过for循环的方式找到某个下标的结点的，这个地方比较耗时

    Node<E> node(int index) {
        // assert isElementIndex(index);

        if (index < (size >> 1)) {
            Node<E> x = first;
            for (int i = 0; i < index; i++)
                x = x.next;
            return x;
        } else {
            Node<E> x = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--)
                x = x.prev;
            return x;
        }
    }

而linkBefore可以看到只是改变了一下指针，不太耗时，总体上LinkedList插入结点最耗时的地方在于查找到目前下标的结点

    void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
        // assert succ != null;
        final Node<E> pred = succ.prev;
        final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
        succ.prev = newNode;
        if (pred == null)
            first = newNode;
        else
            pred.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

LinkedList在指定位置删除元素的源码：
可以看到也调用了node方法来查询index处的结点，使用了for循环，也比较耗时

    public E remove(int index) {
        checkElementIndex(index);
        return unlink(node(index));
    }

unlink方法只是改变了一下指针，不太耗时

    E unlink(Node<E> x) {
        // assert x != null;
        final E element = x.item;
        final Node<E> next = x.next;
        final Node<E> prev = x.prev;

        if (prev == null) {
            first = next;
        } else {
            prev.next = next;
            x.prev = null;
        }

        if (next == null) {
            last = prev;
        } else {
            next.prev = prev;
            x.next = null;
        }

        x.item = null;
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }

总结：
当数据量小的时候，两者效率差不多，当数据量大的时候，如果index靠前，使用LinkedList效率高，因为可以比较快的查找到相应下标的结点，如果index靠后，使用ArrayList效率高，因为后面移动的元素比较少

• 自由性不同

ArrayList自由性低，需要手动设置固定的容量，但是使用比较简单，通过下标操作即可
LinkedList自由行高，随数据量改变而改变，但是不方便使用