Java 中 ArrayList 和 LinkedList 有什么区别?

一、底层数据结构

特性 ArrayList LinkedList
实现方式 基于动态数组 基于双向链表
内存布局 连续内存块,支持快速随机访问 离散节点,每个节点包含数据及前后指针
默认初始容量 10(扩容时增长 50%) 无预分配容量,动态添加节点

二、核心操作性能对比

java 复制代码
// ArrayList的随机访问示例
ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<>();
arrayList.add(1);
int val1 = arrayList.get(0);  // O(1)

// LinkedList的顺序访问示例
LinkedList<Integer> linkedList = new LinkedList<>();
linkedList.add(1);
int val2 = linkedList.get(0);  // O(n)
操作 ArrayList 时间复杂度 LinkedList 时间复杂度
随机访问(get/set) O(1) O(n)
头部插入/删除 O(n)(需移动元素) O(1)
尾部插入/删除 分摊 O(1)(无扩容时 O(1)) O(1)
中间插入/删除 O(n) O(n)(需遍历到目标位置)

三、内存与 GC 影响

维度 ArrayList LinkedList
内存占用 仅存储元素 + 数组头(内存紧凑) 每个节点额外存储两个指针(对象头 + 前后引用)
GC 压力 整体回收高效(单个数组对象) 频繁增删产生大量小对象,增加 GC 负担
缓存局部性 高(连续内存,CPU 预加载命中率高) 低(节点分散,缓存未命中率高)

四、扩容机制

  • ArrayList 扩容流程

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    // 扩容核心逻辑(JDK17)
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // 1.5倍扩容
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    • 代价:数据复制导致 O(n) 时间复杂度
    • 优化建议 :初始化时预估容量(new ArrayList<>(initialCapacity)
  • LinkedList 无扩容:动态添加节点,但每个节点额外占用 24 字节(64 位 JVM)

五、线程安全与并发方案

方案 ArrayList LinkedList
默认线程安全
同步包装类 Collections.synchronizedList() Collections.synchronizedList()
高并发替代方案 CopyOnWriteArrayList ConcurrentLinkedDeque

六、工程实践场景

1. 电商商品列表展示

  • 选择 ArrayList

    • 高频读取商品信息(随机访问)
    • 批量更新时通过尾插法优化(addAll()
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    List<Product> products = new ArrayList<>(10000); // 预分配容量

2. 实时消息队列

  • 选择 LinkedList

    • 高频头尾操作(addFirst()/removeLast()
    • 使用迭代器避免随机访问:
    java 复制代码
    LinkedList<Message> queue = new LinkedList<>();
    // 生产者
    queue.offer(new Message());
    // 消费者(高效遍历)
    Iterator<Message> it = queue.iterator();
    while(it.hasNext()) process(it.next());

3. 多线程日志处理器

  • 选择 CopyOnWriteArrayList

    • 写操作极少(日志初始化配置)
    • 高频遍历读取日志规则
    java 复制代码
    CopyOnWriteArrayList<LogRule> rules = new CopyOnWriteArrayList<>();
    // 写操作(仅在配置更新时触发)
    rules.add(new LogRule());
    // 读操作(无锁并发)
    rules.forEach(LogService::applyRule);

七、性能对比测试数据

测试环境:JDK17,10 万次操作,i7-11800H

测试场景 ArrayList 耗时 LinkedList 耗时 差异原因
随机访问 1 万次 2ms 650ms 数组 O(1) vs 链表 O(n) 遍历
尾部插入 1 万次 3ms 5ms 均摊 O(1),链表节点创建开销略高
头部插入 1 万次 420ms 8ms 数组需移动元素,链表直接修改指针
遍历所有元素 15ms 18ms 数组缓存命中率高

八、高级特性对比

特性 ArrayList LinkedList
实现接口 List List + Deque
序列化效率 高(连续数据,可批量写入) 低(需逐个节点处理)
内存池兼容性 适合对象池化(数组整体复用) 节点分散,池化效果差
批量操作优化 System.arraycopy() 高效 需要逐个节点操作

九、选型决策树

随机访问/遍历 频繁头尾增删 是 否 是 否 需要List结构? 主要操作类型 ArrayList LinkedList 是否需要线程安全? CopyOnWriteArrayList ArrayList 是否需要双端队列? LinkedList 考虑ArrayDeque


通过以上对比,开发者可根据具体场景选择最合适的实现:

  • 优先 ArrayList:适用于 90% 的常规场景(读多写少、内存敏感)
  • 慎用 LinkedList:仅在需要频繁头尾操作或实现双端队列时选用
  • 线程安全场景 :根据写频率选择 CopyOnWriteArrayList 或同步包装类
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