ArrayList 与 LinkedList 的区别

ArrayList 与 LinkedList 均是常用的数据结构，但是二者也存在部分区别。

底层数据结构

ArrayList 的底层数据结构是数组，LinkedList 的数据结构是双向链表，这也就表示：ArrayList 所占的内存空间是连续的，LinkedList 是不连续的。

具体内存分布如下图所示：

随机访问速度（根据下标进行访问）

当使用下标访问获取元素时，由于 ArrayList 底层是数据，那么知道了第一个元素的地址，就很容易计算出后面若干个元素的地址，使用下标访问的速度极快。

但是由于 LinkedList 底层是双向链表，元素与元素之间的地址并不连续，没有规律，这时就需要从首元素开始，一个一个遍历，从而获取到指定下标的元素。

相比之下，根据下标进行访问时，ArrayList 的访问速度比 LinkedList 的访问速度更快。

若是查找某个元素是否存在，那么这两个数据结构的查询速度是一样的，均为 o（n）。

增删性能

头插

向 ArrayList 头部插入元素时，由于需要将 ArrayList 中所有的元素向后复制一次，所消耗的时间较多。
向 LinkedList 头部插入元素时，只需要新增一个节点，改变原来头结点与新节点的指针指向，所以头插性能较高。

尾插

向 ArrayList 最后一位插入元素时，只需要新增一个元素，不涉及到元素的复制，因此性能较高。（此处不讨论 ArrayList 的扩容情况）。

向 LinkedList 最后一位插入元素时，与其头插相同，性能较高。

此时可能会有疑问，LinkedList 进行尾插时，不需要遍历一遍找到尾部元素再进行插入错误吗？

针对上面的问题，源码中有解释：

java 复制代码

    /**
     * Pointer to first node.
     */
    transient Node<E> first;

    /**
     * Pointer to last node.
     */
    transient Node<E> last;

其中，last 节点指向了 LinkedList 的最后一个元素，因此，在进行尾插时，只需要新增一个节点并改变 last 等指针的指向即可，性能较高。

中间插

向 ArrayList 中间插入元素时，由于涉及到元素的复制，性能就会下降，并且插入的位置越靠近头部，需要复制的元素就越多，性能下降的就越多。

向 LinkedList 中间插入元素时，需要先对 LinkedList 进行遍历，找到需要插入的位置，然后进行元素的插入，虽然不涉及元素的复制，但是遍历也需要消耗一定的时间，因此性能也较低。

内存占用

由于 ArrayList 的只需要存储元素本身，其内存占用较小。但是 LinkedList 不仅仅需要存储元素本身，还需要存储每个节点的 pre 指针与 next 指针，其占用的内存较大。

关于局部性原理的应用

什么是局部性原理

当我们需要计算 1 + 2 时，就需要 CPU 从内存中读取 1 和 2，但是虽然 CPU 读取内存中的数据很快，但是与计算速度相比，还是比较慢，这时就可以将 1 和 2 先存入 CPU 缓存中，这样 CPU 就可以直接从缓存中读取这两个数据，速度较快，计算完成后，将得到的结果写入缓存中，并在后面某个时间将结果写入内存中。

虽然在将 1 和 2 写入 CPU 缓存中，也会消耗一定的时间，但是由于后面可能还会使用到这两个数据，并且使用时只需要在 CPU 缓存中进行读取，就相当于只是第一次消耗的较多的时间，后面所消耗的时间就非常少了，可以提升计算效率。

于是，对于 ArrayList 就可以使用上面的局部性原理。

应用局部性原理

当我们访问 ArrayList 中的元素时，由于访问了第一个元素，就会有很大的可能访问后面几个元素，于是就可以将这几个元素一并存入 CPU 缓存中，这样下次访问时，就能节省一定的时间。并且由于 ArrayList 底层的数据结构是数组，内存分布连续，这样就不会浪费 CPU 缓存中的内存。

如下图所示：

当 CPU 缓存中的空间满时，就会淘汰掉最先加进来的元素。

但是，LinkedList 无法应用局部性原理，因为 LinkedList 的底层数据结构是双向链表，内存分布不连续，这样即使将一部分元素加入到 CPU 缓存中，也会浪费缓存中的空间，这样一来，CPU 缓存中只有少部分存入了有效元素，剩下的大部分空间均被浪费了。

如下图所示：