ArrayList 与 LinkedList 的区别

ArrayList 与 LinkedList 的核心区别

在 Java 中，ArrayList和LinkedList是两种常用的列表实现，它们在底层结构、性能特性和适用场景上有显著差异。以下从多个维度详细对比：

1. 底层数据结构

对比项	ArrayList	LinkedList
数据结构	动态数组（Object[]）	双向链表（每个节点包含前驱和后继指针）
存储方式	连续内存空间存储元素	非连续内存，通过指针关联元素
内存占用	需预留容量（默认 10），可能浪费空间	每个节点需额外存储指针，空间开销大

2. 性能特性对比

操作类型	ArrayList	LinkedList
随机访问（get/set）	O(1)（直接通过索引访问）	O(n)（需从头或尾遍历链表）
尾部插入（add）	平均O(1)（扩容时 O (n)）	O(1)（直接插入到尾部节点）
头部插入（addFirst）	O (n)（需移动所有元素）	O(1)（修改头指针）
中间插入（add (index)）	O (n/2)（平均移动一半元素）	O (n/2)（平均需遍历到中间节点）
删除操作（remove）	O (n/2)（移动元素填补空缺）	O (n/2)（需先定位节点）

3. 扩容机制

• ArrayList：
  初始容量为 10，扩容时新容量为原容量的1.5 倍（oldCapacity + (oldCapacity >> 1)）。
  扩容需复制数组，开销较大。

• LinkedList：
  无需预分配容量，通过指针动态添加节点，无扩容开销。

4. 线程安全性

• 两者均非线程安全。
  若需线程安全，可通过以下方式：

  java

  // ArrayList线程安全包装
  List safeArrayList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
  
  // LinkedList线程安全包装
  List safeLinkedList = Collections.synchronizedList(new LinkedList<>());
  

  
  或使用CopyOnWriteArrayList（适用于读多写少场景）。

5. 适用场景

场景	推荐选择	原因
随机访问频繁	ArrayList	O (1) 时间复杂度，数组天然支持随机访问。
插入 / 删除频繁（尤其是尾部）	ArrayList	尾部插入平均 O (1)，优于 LinkedList 的指针操作开销。
插入 / 删除频繁（尤其是头部或中间）	LinkedList	无需移动元素，仅需修改指针。
内存敏感	ArrayList	无额外指针开销，空间利用率高（需合理控制初始容量）。
需双端队列操作	LinkedList	实现Deque接口，支持高效的头 / 尾操作（如addFirst()、pollLast()）。

6. 代码示例对比

java

import java.util.ArrayList;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;

public class ListComparison {
    public static void main(String[] args) {
        // ArrayList示例
        List arrayList = new ArrayList<>();
        arrayList.add("A");           // 尾部插入快
        arrayList.add(0, "B");        // 头部插入需移动元素，慢
        String element = arrayList.get(1);  // 随机访问快

        // LinkedList示例
        LinkedList linkedList = new LinkedList<>();
        linkedList.addFirst("C");     // 头部插入快
        linkedList.addLast("D");      // 尾部插入快
        linkedList.removeFirst();     // 头部删除快
    }
}

7. 总结对比表

特性	ArrayList	LinkedList
底层结构	动态数组	双向链表
随机访问	极快（O (1)）	慢（O (n)）
头部插入 / 删除	慢（O (n)）	快（O (1)）
尾部插入 / 删除	快（O (1)，扩容时 O (n)）	快（O (1)）
中间插入 / 删除	慢（O (n)）	慢（O (n)，但指针操作开销小）
内存占用	数组预分配，可能浪费空间	每个节点需额外存储两个指针
实现接口	List	List、Deque
适用场景	随机访问为主，尾部增删较多	频繁头部 / 中间增删，双端队列操作

8. 面试常见问题

1. 为什么 ArrayList 随机访问快？
   答：数组在内存中连续存储，通过索引可直接计算内存地址（偏移量）。

2. 为什么 LinkedList 插入删除快？
   答：插入 / 删除仅需修改指针，无需移动元素（但需先定位节点，时间复杂度仍为 O (n)）。

3. ArrayList 的扩容机制是什么？
   答：初始容量 10，扩容时新容量为原容量的 1.5 倍，通过Arrays.copyOf()复制数组。

4. 如何选择 ArrayList 和 LinkedList？
   答：根据访问和修改操作的频率选择。若随机访问多，选 ArrayList；若频繁在头部 / 中间插入删除，选 LinkedList。

总结

• ArrayList适合随机访问频繁、尾部增删较多的场景，牺牲部分插入性能换取高效的随机访问。
• LinkedList适合频繁头部 / 中间增删、需双端队列操作的场景，牺牲随机访问性能换取灵活的插入删除。
  在实际开发中，需根据具体业务场景权衡选择，避免因误用导致性能问题。