Java 中的 ArrayList 和 LinkedList 区别详解(源码级理解)

🚀 Java 中的 ArrayList 和 LinkedList 区别详解(源码级理解)

在日常 Java 开发中,ArrayListLinkedList 是我们经常用到的两种 List 实现。虽然它们都实现了 List 接口,但在底层结构、访问效率、插入/删除操作、扩容机制等方面差异明显。

本文从实际源码出发,结合内存结构与操作成本,详细分析二者的异同,帮助你更合理地做出选型。


📦 1. ArrayList ------ 基于数组的动态列表

✅ 底层结构

  • ArrayList 的底层是一个 动态对象数组 Object[] elementData
  • 内存中是 连续存储
  • 元素个数由 size 字段控制,和数组容量 (elementData.length) 分开管理
java 复制代码
transient Object[] elementData; // 存储元素的数组
private int size;               // 实际元素个数

🚀 访问性能

  • 由于数组结构内存连续,可以通过 起始地址 + 下标 × 元素大小 直接定位
  • 访问效率为 O(1),非常快

🧱 添加元素的逻辑

  • 默认容量为 10,首次添加时触发初始化

  • 如果容量不足,会执行 扩容(grow)操作

    • 扩容策略:原容量的 1.5 倍
    • 核心操作是新建数组 + 拷贝旧数据(System.arraycopy
java 复制代码
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
System.arraycopy(elementData, 0, newArray, 0, size);

🧹 删除元素的逻辑

  • 如果删除的是中间位置 ,需要将后面的元素全部 前移一位
  • 删除最后一个元素后,会将该位置置为 null,防止内存泄露
java 复制代码
System.arraycopy(elementData, index + 1, elementData, index, size - index - 1);
elementData[--size] = null;
  • 不会自动缩容 ,避免频繁扩容/缩容带来的性能波动(可以手动 trimToSize()

⚠️ ArrayList 的缺点

  • 插入/删除中间元素时会频繁移动数组,效率低(O(n))
  • 扩容需要申请新数组并复制,性能有开销

🔗 2. LinkedList ------ 基于双向链表的列表结构

✅ 底层结构

  • LinkedList 是典型的 双向链表
  • 每个节点是一个 Node 对象,包含 prev, next, item
  • 元素在内存中 不连续存储
java 复制代码
private static class Node<E> {
    E item;
    Node<E> next;
    Node<E> prev;
}

🧱 插入/删除性能优势

  • 插入/删除某个位置 时,只需修改相邻节点的指针,效率高
  • ❌ 不需要扩容,也不会拷贝数组

🐢 访问性能劣势

  • 链表无法通过下标快速定位元素
  • 访问第 n 个元素需要从头或尾遍历(O(n))

⚠️ LinkedList 的缺点

  • 每个元素多占用 2 个引用(prev 和 next)
  • 访问性能差,尤其在需要频繁随机读取场景下

🧮 ArrayList 与 LinkedList 对比总结

特性 ArrayList(动态数组) LinkedList(双向链表)
底层结构 连续 Object[] 数组 不连续的 Node 链表
访问速度 快,O(1) 随机访问 慢,需要遍历,O(n)
插入删除 慢,需要移动数组元素 快,仅需改指针
扩容机制 支持,扩容为 1.5 倍 无需扩容
内存使用 少(只存数据) 多(每节点多两个引用)
应用场景 读多写少,随机访问场景 写多读少,插入删除频繁场景

✅ 最佳实践建议

  • 读多写少、频繁按下标访问 ➤ 用 ArrayList
  • 写多读少、频繁插入/删除中间元素 ➤ 用 LinkedList
  • 如果你在处理的是"队列"或"栈"场景 ➤ 也可以考虑 DequeArrayDeque

🔚 总结

理解 ArrayListLinkedList 的底层结构,能帮助你在性能、内存、复杂度方面做出更合理的设计选择。切记:

不要被接口迷惑,底层结构决定一切。


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