ArrayList 重拳出击，把 LinkedList 干翻在地
大家好，我是二哥呀。
这是《Java 程序员进阶之路》专栏的第 60 篇，我们来聊聊 ArrayList 和 LinkedList 之间的区别。大家可以到 GitHub 上给二哥一个 star，马上破 400 星标了。
https://github.com/itwanger/toBeBetterJavaer
如果再有人给你说 “ArrayList 底层是数组，查询快、增删慢；LinkedList 底层是链表，查询慢、增删快”，你可以让他滚了！
这是一个极其不负责任的总结，关键是你会在很多地方看到这样的结论。
害，我一开始学 Java 的时候，也问过一个大佬，“ArrayList 和 LinkedList 有什么区别？”他就把“ArrayList 底层是数组，查询快、增删慢；LinkedList 底层是链表，查询慢、增删快”甩给我了，当时觉得，大佬好牛逼啊！
后来我研究了 ArrayList 和 LinkedList 的源码，发现还真的是，前者是数组，后者是 LinkedList，于是我对大佬更加佩服了！
直到后来，我亲自跑程序验证了一遍，才发现大佬的结论太草率了！根本就不是这么回事！
先来给大家普及一个概念——时间复杂度。
在计算机科学中，算法的时间复杂度（Time complexity）是一个函数，它定性描述该算法的运行时间。这是一个代表算法输入值的字符串的长度的函数。时间复杂度常用大 O 符号表述，不包括这个函数的低阶项和首项系数。使用这种方式时，时间复杂度可被称为是渐近的，亦即考察输入值大小趋近无穷时的情况。例如，如果一个算法对于任何大小为 n （必须比 大）的输入，它至多需要 的时间运行完毕，那么它的渐近时间复杂度是 。
增删改查，对应到 ArrayList 和 LinkedList，就是 add(E e)、remove(int index)、add(int index, E element)、get(int index)，我来给大家一一分析下，它们对应的时间复杂度，也就明白了“ArrayList 底层是数组，查询快、增删慢；LinkedList 底层是链表，查询慢、增删快”这个结论很荒唐的原因
对于 ArrayList 来说：
1）get(int index) 方法的时间复杂度为 ，因为是直接从底层数组根据下标获取的，和数组长度无关。
public E get(int index) {
Objects.checkIndex(index, size);
return elementData(index);
}
这也是 ArrayList 的最大优点。
2）add(E e) 方法会默认将元素添加到数组末尾，但需要考虑到数组扩容的情况，如果不需要扩容，时间复杂度为 。
public boolean add(E e) {
modCount++;
add(e, elementData, size);
return true;
}
private void add(E e, Object[] elementData, int s) {
if (s == elementData.length)
elementData = grow();
elementData[s] = e;
size = s + 1;
}
如果需要扩容的话，并且不是第一次（oldCapacity > 0）扩容的时候，内部执行的 Arrays.copyOf() 方法是耗时的关键，需要把原有数组中的元素复制到扩容后的新数组当中。
private Object[] grow(int minCapacity) {
int oldCapacity = elementData.length;
if (oldCapacity > 0 || elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
int newCapacity = ArraysSupport.newLength(oldCapacity,
minCapacity - oldCapacity, /* minimum growth */
oldCapacity >> 1 /* preferred growth */);
return elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
} else {
return elementData = new Object[Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity)];
}
}
3）add(int index, E element) 方法将新的元素插入到指定的位置，考虑到需要复制底层数组（根据之前的判断，扩容的话，数组可能要复制一次），根据最坏的打算（不管需要不需要扩容，System.arraycopy() 肯定要执行），所以时间复杂度为 。
public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index);
modCount++;
final int s;
Object[] elementData;
if ((s = size) == (elementData = this.elementData).length)
elementData = grow();
System.arraycopy(elementData, index,
elementData, index + 1,
s - index);
elementData[index] = element;
size = s + 1;
}
来执行以下代码，把沉默王八插入到下标为 2 的位置上。
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add("沉默王二");
list.add("沉默王三");
list.add("沉默王四");
list.add("沉默王五");
list.add("沉默王六");
list.add("沉默王七");
list.add(2, "沉默王八");
System.arraycopy() 执行完成后，下标为 2 的元素为沉默王四，这一点需要注意。也就是说，在数组中插入元素的时候，会把插入位置以后的元素依次往后复制，所以下标为 2 和下标为 3 的元素都为沉默王四。
之后再通过 elementData[index] = element 将下标为 2 的元素赋值为沉默王八；随后执行 size = s + 1，数组的长度变为 7。
4）remove(int index) 方法将指定位置上的元素删除，考虑到需要复制底层数组，所以时间复杂度为 。
public E remove(int index) {
Objects.checkIndex(index, size);
final Object[] es = elementData;
@SuppressWarnings("unchecked") E oldValue = (E) es[index];
fastRemove(es, index);
return oldValue;
}
private void fastRemove(Object[] es, int i) {
modCount++;
final int newSize;
if ((newSize = size - 1) > i)
System.arraycopy(es, i + 1, es, i, newSize - i);
es[size = newSize] = null;
}
对于 LinkedList 来说：
1）get(int index) 方法的时间复杂度为 ，因为需要循环遍历整个链表。
public E get(int index) {
checkElementIndex(index);
return node(index).item;
}
LinkedList.Node<E> node(int index) {
// assert isElementIndex(index);
if (index < (size >> 1)) {
LinkedList.Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else {
LinkedList.Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}
下标小于链表长度的一半时，从前往后遍历；否则从后往前遍历，这样从理论上说，就节省了一半的时间。
如果下标为 0 或者 list.size() - 1 的话，时间复杂度为 。这种情况下，可以使用 getFirst() 和 getLast() 方法。
public E getFirst() {
final LinkedList.Node<E> f = first;
if (f == null)
throw new NoSuchElementException();
return f.item;
}
public E getLast() {
final LinkedList.Node<E> l = last;
if (l == null)
throw new NoSuchElementException();
return l.item;
}
first 和 last 在链表中是直接存储的，所以时间复杂度为 。
2）add(E e) 方法默认将元素添加到链表末尾，所以时间复杂度为 。
public boolean add(E e) {
linkLast(e);
return true;
}
void linkLast(E e) {
final LinkedList.Node<E> l = last;
final LinkedList.Node<E> newNode = new LinkedList.Node<>(l, e, null);
last = newNode;
if (l == null)
first = newNode;
else
l.next = newNode;
size++;
modCount++;
}
3）add(int index, E element) 方法将新的元素插入到指定的位置，需要先通过遍历查找这个元素，然后再进行插入，所以时间复杂度为 。
public void add(int index, E element) {
checkPositionIndex(index);
if (index == size)
linkLast(element);
else
linkBefore(element, node(index));
}
如果下标为 0 或者 list.size() - 1 的话，时间复杂度为 。这种情况下，可以使用 addFirst() 和 addLast() 方法。
public void addFirst(E e) {
linkFirst(e);
}
private void linkFirst(E e) {
final LinkedList.Node<E> f = first;
final LinkedList.Node<E> newNode = new LinkedList.Node<>(null, e, f);
first = newNode;
if (f == null)
last = newNode;
else
f.prev = newNode;
size++;
modCount++;
}
linkFirst() 只需要对 first 进行更新即可。
public void addLast(E e) {
linkLast(e);
}
void linkLast(E e) {
final LinkedList.Node<E> l = last;
final LinkedList.Node<E> newNode = new LinkedList.Node<>(l, e, null);
last = newNode;
if (l == null)
first = newNode;
else
l.next = newNode;
size++;
modCount++;
}
linkLast() 只需要对 last 进行更新即可。
需要注意的是，有些文章里面说，LinkedList 插入元素的时间复杂度近似 ，其实是有问题的，因为 add(int index, E element) 方法在插入元素的时候会调用 node(index) 查找元素，该方法之前我们之间已经确认过了，时间复杂度为 ，即便随后调用 linkBefore() 方法进行插入的时间复杂度为 ，总体上的时间复杂度仍然为 才对。
void linkBefore(E e, LinkedList.Node<E> succ) {
// assert succ != null;
final LinkedList.Node<E> pred = succ.prev;
final LinkedList.Node<E> newNode = new LinkedList.Node<>(pred, e, succ);
succ.prev = newNode;
if (pred == null)
first = newNode;
else
pred.next = newNode;
size++;
modCount++;
}
4）remove(int index) 方法将指定位置上的元素删除，考虑到需要调用 node(index) 方法查找元素，所以时间复杂度为 。
public E remove(int index) {
checkElementIndex(index);
return unlink(node(index));
}
E unlink(LinkedList.Node<E> x) {
// assert x != null;
final E element = x.item;
final LinkedList.Node<E> next = x.next;
final LinkedList.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;
}
通过时间复杂度的比较，以及源码的分析，我相信大家在选择的时候就有了主意，对吧？
需要注意的是，如果列表很大很大，ArrayList 和 LinkedList 在内存的使用上也有所不同。LinkedList 的每个元素都有更多开销，因为要存储上一个和下一个元素的地址。ArrayList 没有这样的开销。
查询的时候，ArrayList 比 LinkedList 快，这是毋庸置疑的；插入和删除的时候，LinkedList 因为要遍历列表，所以并不比 ArrayList 更快。反而 ArrayList 更轻量级，不需要在每个元素上维护上一个和下一个元素的地址。
但是，请注意，如果 ArrayList 在增删改的时候涉及到大量的数组复制，效率就另当别论了，因为这个过程相当的耗时。
对于初学者来说，一般不会涉及到百万级别的数据操作，如果真的不知道该用 ArrayList 还是 LinkedList，就无脑选择 ArrayList 吧！
这是《Java 程序员进阶之路》专栏的第 60 篇。Java 程序员进阶之路，风趣幽默、通俗易懂，对 Java 初学者极度友好和舒适😘，内容包括但不限于 Java 语法、Java 集合框架、Java IO、Java 并发编程、Java 虚拟机等核心知识点，目前已连载 60 篇。
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PS：上文是之前我发表在知乎上的一个回答，没想到评论区异常激烈，有支持我观点的，当然也有反对的，不过都挺硬核的。
https://www.zhihu.com/question/354586366/answer/1961297267
大家可以结合起来看，在留言区给出自己的观点和思考。