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：
java 复制代码
```
// 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	否	否
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()）
java 复制代码
```
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