我的Java路上那些事兒

一般大家都知道ArrayList和LinkedList的大致區(qū)別：
     1.ArrayList是實(shí)現(xiàn)了基于動(dòng)態(tài)數(shù)組的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，LinkedList基于鏈表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
     2.對(duì)于隨機(jī)訪問(wèn)get和set，ArrayList覺(jué)得優(yōu)于LinkedList，因?yàn)長(zhǎng)inkedList要移動(dòng)指針。
     3.對(duì)于新增和刪除操作add和remove，LinedList比較占優(yōu)勢(shì)，因?yàn)锳rrayList要移動(dòng)數(shù)據(jù)。

ArrayList和LinkedList是兩個(gè)集合類，用于存儲(chǔ)一系列的對(duì)象引用(references)。例如我們可以用ArrayList來(lái)存儲(chǔ)一系列的String或者Integer。那么ArrayList和LinkedList在性能上有什么差別呢？什么時(shí)候應(yīng)該用ArrayList什么時(shí)候又該用LinkedList呢？

一．時(shí)間復(fù)雜度
首先一點(diǎn)關(guān)鍵的是，ArrayList的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)是基于基礎(chǔ)的對(duì)象數(shù)組的，因此，它使用get方法訪問(wèn)列表中的任意一個(gè)元素時(shí)(random access)，它的速度要比LinkedList快。LinkedList中的get方法是按照順序從列表的一端開(kāi)始檢查，直到另外一端。對(duì)LinkedList而言，訪問(wèn)列表中的某個(gè)指定元素沒(méi)有更快的方法了。
假設(shè)我們有一個(gè)很大的列表，它里面的元素已經(jīng)排好序了，這個(gè)列表可能是ArrayList類型的也可能是LinkedList類型的，現(xiàn)在我們對(duì)這個(gè)列表來(lái)進(jìn)行二分查找(binary search)，比較列表是ArrayList和LinkedList時(shí)的查詢速度，看下面的程序：

Java代碼  

1. package com.mangocity.test;    
2. import java.util.LinkedList;    
3. import java.util.List;    
4. import java.util.Random;    
5. import java.util.ArrayList;    
6. import java.util.Arrays;    
7. import java.util.Collections;    
8. public class TestList ...{    
9.      public static final int N=50000;    
10.   
11.      public static List values;    
12.   
13.      static...{    
14.          Integer vals[]=new Integer[N];    
15.   
16.          Random r=new Random();    
17.   
18.          for(int i=0,currval=0;i<N;i++)...{    
19.              vals=new Integer(currval);    
20.              currval+=r.nextInt(100)+1;    
21.          }    
22.   
23.          values=Arrays.asList(vals);    
24.      }    
25.   
26.      static long timeList(List lst)...{    
27.          long start=System.currentTimeMillis();    
28.          for(int i=0;i<N;i++)...{    
29.              int index=Collections.binarySearch(lst, values.get(i));    
30.              if(index!=i)    
31.                  System.out.println("***錯(cuò)誤***");    
32.          }    
33.          return System.currentTimeMillis()-start;    
34.      }    
35.      public static void main(String args[])...{    
36.          System.out.println("ArrayList消耗時(shí)間："+timeList(new ArrayList(values)));    
37.          System.out.println("LinkedList消耗時(shí)間："+timeList(new LinkedList(values)));    
38.      }    
39. }   

package com.mangocity.test; 
import java.util.LinkedList; 
import java.util.List; 
import java.util.Random; 
import java.util.ArrayList; 
import java.util.Arrays; 
import java.util.Collections; 
public class TestList ...{ 
     public static final int N=50000; 

     public static List values; 

     static...{ 
         Integer vals[]=new Integer[N]; 

         Random r=new Random(); 

         for(int i=0,currval=0;i<N;i++)...{ 
             vals=new Integer(currval); 
             currval+=r.nextInt(100)+1; 
         } 

         values=Arrays.asList(vals); 
     } 

     static long timeList(List lst)...{ 
         long start=System.currentTimeMillis(); 
         for(int i=0;i<N;i++)...{ 
             int index=Collections.binarySearch(lst, values.get(i)); 
             if(index!=i) 
                 System.out.println("***錯(cuò)誤***"); 
         } 
         return System.currentTimeMillis()-start; 
     } 
     public static void main(String args[])...{ 
         System.out.println("ArrayList消耗時(shí)間："+timeList(new ArrayList(values))); 
         System.out.println("LinkedList消耗時(shí)間："+timeList(new LinkedList(values))); 
     } 
} 

 
我得到的輸出是：ArrayList消耗時(shí)間：15
                 LinkedList消耗時(shí)間：2596
這個(gè)結(jié)果不是固定的，但是基本上ArrayList的時(shí)間要明顯小于LinkedList的時(shí)間。因此在這種情況下不宜用LinkedList。二分查找法使用的隨機(jī)訪問(wèn)(random access)策略，而LinkedList是不支持快速的隨機(jī)訪問(wèn)的。對(duì)一個(gè)LinkedList做隨機(jī)訪問(wèn)所消耗的時(shí)間與這個(gè)list的大小是成比例的。而相應(yīng)的，在ArrayList中進(jìn)行隨機(jī)訪問(wèn)所消耗的時(shí)間是固定的。
這是否表明ArrayList總是比LinkedList性能要好呢？這并不一定，在某些情況下LinkedList的表現(xiàn)要優(yōu)于ArrayList，有些算法在LinkedList中實(shí)現(xiàn)時(shí)效率更高。比方說(shuō)，利用Collections.reverse方法對(duì)列表進(jìn)行反轉(zhuǎn)時(shí)，其性能就要好些。
看這樣一個(gè)例子，加入我們有一個(gè)列表，要對(duì)其進(jìn)行大量的插入和刪除操作，在這種情況下LinkedList就是一個(gè)較好的選擇。請(qǐng)看如下一個(gè)極端的例子，我們重復(fù)的在一個(gè)列表的開(kāi)端插入一個(gè)元素：

Java代碼  

1. package com.mangocity.test;    
2.   
3. import java.util.*;    
4. public class ListDemo {    
5.      static final int N=50000;    
6.      static long timeList(List list){    
7.      long start=System.currentTimeMillis();    
8.      Object o = new Object();    
9.      for(int i=0;i<N;i++)    
10.          list.add(0, o);    
11.      return System.currentTimeMillis()-start;    
12.      }    
13.      public static void main(String[] args) {    
14.          System.out.println("ArrayList耗時(shí)："+timeList(new ArrayList()));    
15.          System.out.println("LinkedList耗時(shí)："+timeList(new LinkedList()));    
16.      }    
17. }   

package com.mangocity.test; 

import java.util.*; 
public class ListDemo { 
     static final int N=50000; 
     static long timeList(List list){ 
     long start=System.currentTimeMillis(); 
     Object o = new Object(); 
     for(int i=0;i<N;i++) 
         list.add(0, o); 
     return System.currentTimeMillis()-start; 
     } 
     public static void main(String[] args) { 
         System.out.println("ArrayList耗時(shí)："+timeList(new ArrayList())); 
         System.out.println("LinkedList耗時(shí)："+timeList(new LinkedList())); 
     } 
} 

 這時(shí)我的輸出結(jié)果是：ArrayList耗時(shí)：2463

                           LinkedList耗時(shí)：15
這和前面一個(gè)例子的結(jié)果截然相反，當(dāng)一個(gè)元素被加到ArrayList的最開(kāi)端時(shí)，所有已經(jīng)存在的元素都會(huì)后移，這就意味著數(shù)據(jù)移動(dòng)和復(fù)制上的開(kāi)銷。相反的，將一個(gè)元素加到LinkedList的最開(kāi)端只是簡(jiǎn)單的未這個(gè)元素分配一個(gè)記錄，然后調(diào)整兩個(gè)連接。在LinkedList的開(kāi)端增加一個(gè)元素的開(kāi)銷是固定的，而在ArrayList的開(kāi)端增加一個(gè)元素的開(kāi)銷是與ArrayList的大小成比例的。

二．空間復(fù)雜度
在LinkedList中有一個(gè)私有的內(nèi)部類，定義如下：

Java代碼  

1. private static class Entry {    
2.          Object element;    
3.          Entry next;    
4.          Entry previous;    
5.      }   

private static class Entry { 
         Object element; 
         Entry next; 
         Entry previous; 
     } 

 
每個(gè)Entry對(duì)象reference列表中的一個(gè)元素，同時(shí)還有在LinkedList中它的上一個(gè)元素和下一個(gè)元素。一個(gè)有1000個(gè)元素的LinkedList對(duì)象將有1000個(gè)鏈接在一起的Entry對(duì)象，每個(gè)對(duì)象都對(duì)應(yīng)于列表中的一個(gè)元素。這樣的話，在一個(gè)LinkedList結(jié)構(gòu)中將有一個(gè)很大的空間開(kāi)銷，因?yàn)樗鎯?chǔ)這1000個(gè)Entity對(duì)象的相關(guān)信息。
ArrayList使用一個(gè)內(nèi)置的數(shù)組來(lái)存儲(chǔ)元素，這個(gè)數(shù)組的起始容量是10.當(dāng)數(shù)組需要增長(zhǎng)時(shí)，新的容量按如下公式獲得：新容量=(舊容量*3)/2+1，也就是說(shuō)每一次容量大概會(huì)增長(zhǎng)50%。這就意味著，如果你有一個(gè)包含大量元素的ArrayList對(duì)象，那么最終將有很大的空間會(huì)被浪費(fèi)掉，這個(gè)浪費(fèi)是由ArrayList的工作方式本身造成的。如果沒(méi)有足夠的空間來(lái)存放新的元素，數(shù)組將不得不被重新進(jìn)行分配以便能夠增加新的元素。對(duì)數(shù)組進(jìn)行重新分配，將會(huì)導(dǎo)致性能急劇下降。如果我們知道一個(gè)ArrayList將會(huì)有多少個(gè)元素，我們可以通過(guò)構(gòu)造方法來(lái)指定容量。我們還可以通過(guò)trimToSize方法在ArrayList分配完畢之后去掉浪費(fèi)掉的空間。

三．總結(jié)
ArrayList和LinkedList在性能上各有優(yōu)缺點(diǎn)，都有各自所適用的地方，總的說(shuō)來(lái)可以描述如下：
1．對(duì)ArrayList和LinkedList而言，在列表末尾增加一個(gè)元素所花的開(kāi)銷都是固定的。對(duì)ArrayList而言，主要是在內(nèi)部數(shù)組中增加一項(xiàng)，指向所添加的元素，偶爾可能會(huì)導(dǎo)致對(duì)數(shù)組重新進(jìn)行分配；而對(duì)LinkedList而言，這個(gè)開(kāi)銷是統(tǒng)一的，分配一個(gè)內(nèi)部Entry對(duì)象。

2．在ArrayList的中間插入或刪除一個(gè)元素意味著這個(gè)列表中剩余的元素都會(huì)被移動(dòng)；而在LinkedList的中間插入或刪除一個(gè)元素的開(kāi)銷是固定的。

3．LinkedList不支持高效的隨機(jī)元素訪問(wèn)。

4．ArrayList的空間浪費(fèi)主要體現(xiàn)在在list列表的結(jié)尾預(yù)留一定的容量空間，而LinkedList的空間花費(fèi)則體現(xiàn)在它的每一個(gè)元素都需要消耗相當(dāng)?shù)目臻g

可以這樣說(shuō)：當(dāng)操作是在一列數(shù)據(jù)的后面添加數(shù)據(jù)而不是在前面或中間,并且需要隨機(jī)地訪問(wèn)其中的元素時(shí),使用ArrayList會(huì)提供比較好的性能；當(dāng)你的操作是在一列數(shù)據(jù)的前面或中間添加或刪除數(shù)據(jù),并且按照順序訪問(wèn)其中的元素時(shí),就應(yīng)該使用LinkedList了。