ArrayList、LinkedList、Vector 的区别与底层实现

在 Java 集合框架中，ArrayList、LinkedList 和 Vector 是最常用的 List 实现类 。它们都实现了 List 接口，可以存储有序、可重复的元素，但在底层实现、线程安全性以及使用场景方面存在明显差异。本文将系统对比三者的实现与区别。

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一、三者的共同点

1. 都实现了 List 接口，元素有序、可重复。

2. 都可以根据索引访问元素，支持随机访问。

3. 都可以存储 null 元素。

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二、ArrayList

1. 底层实现

• ArrayList 基于 动态数组（Object[]） 实现。

• 默认容量为 10，当元素数量超过容量时，会触发扩容。

• 扩容规则：原容量的 1.5 倍。

// JDK1.8 ArrayList 扩容源码
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // 扩容为1.5倍

2. 特点

• 优点：

  • 随机访问快（基于数组，时间复杂度 O(1)）。

  • 内存连续，缓存友好。

• 缺点：

  • 插入/删除慢（需要移动元素，O(n)）。

  • 扩容需要拷贝数组，性能损耗大。

3. 适用场景

• 读多写少的场景，例如查询列表、按索引访问元素。

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三、LinkedList

1. 底层实现

• LinkedList 基于 双向链表 实现。

• 每个节点是一个 Node 对象，包含 prev、next 和 item 三个字段。

// JDK1.8 LinkedList 节点定义

private static class Node<E> {

E item;

Node<E> next;

Node<E> prev;

}

2. 特点

• 优点：

  • 插入/删除快（只需修改前后指针，O(1)）。

  • 适合频繁插入和删除的场景。

• 缺点：

  • 随机访问慢（需要从头/尾遍历，O(n)）。

  • 额外的指针存储，空间开销大。

3. 适用场景

• 写多读少的场景，例如队列、双端队列、频繁插入删除的数据结构。

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四、Vector

1. 底层实现

• Vector 与 ArrayList 类似，也是基于 动态数组 实现。

• 默认容量为 10，扩容规则为：

  • 如果指定了 capacityIncrement，则扩容时按 capacityIncrement 增加。

  • 否则扩容为 原容量的 2 倍。

// JDK1.8 Vector 扩容源码

int newCapacity = oldCapacity * 2;

2. 特点

• 优点：

  • 线程安全（大部分方法使用 synchronized 修饰）。

• 缺点：

  • 因为加锁，性能比 ArrayList 慢。

  • 已经逐渐被淘汰，推荐使用 ArrayList + Collections.synchronizedList() 或 CopyOnWriteArrayList。

3. 适用场景

• 在 多线程环境 下需要保证线程安全时（但更推荐使用并发包中的 CopyOnWriteArrayList）。

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五、三者的对比

特性	ArrayList	LinkedList	Vector
底层结构	动态数组	双向链表	动态数组
随机访问	O(1)	O(n)	O(1)
插入/删除	O(n)（移动元素）	O(1)（改指针）	O(n)
是否线程安全	❌ 否	❌ 否	✅ 是（synchronized）
扩容机制	1.5 倍	-	2 倍（或自定义）
空间开销	小	大（指针开销）	小
推荐场景	读多写少	写多读少	多线程但过时

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六、使用建议

1. 单线程环境 ：优先使用 ArrayList（性能最佳）。

2. 频繁插入/删除 ：选择 LinkedList。

3. 多线程环境 ：避免使用 Vector，更推荐：

   • Collections.synchronizedList(new ArrayList<>())

   • CopyOnWriteArrayList

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七、总结

• ArrayList：基于动态数组，查询快，插入删除慢，适合读多写少。

• LinkedList：基于双向链表，插入删除快，查询慢，适合写多读少。

• Vector：基于动态数组，线程安全，但性能差，已被替代。

👉 在实际开发中，ArrayList 是最常用的，LinkedList 适合做队列/栈，Vector 基本淘汰，推荐使用并发容器。