上次被 ArrayList 锤了一拳后，LinkedList 很不服气，做出最后一击(3)

2023-10-15 22:54:46

经过源码分析以后，小伙伴们是不是在想：“好像 ArrayList 在新增元素的时候效率并不一定比 LinkedList 低啊！”


当两者的起始长度是一样的情况下：


如果是从集合的头部新增元素，ArrayList 花费的时间应该比 LinkedList 多，因为需要对头部以后的元素进行复制。

public class ArrayListTest {
    public static void addFromHeaderTest(int num) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<String>(num);
        int i = 0;
        long timeStart = System.currentTimeMillis();
        while (i < num) {
            list.add(0, i + "沉默王二");
            i++;
        }
        long timeEnd = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("ArrayList从集合头部位置新增元素花费的时间" + (timeEnd - timeStart));
    }
}
/**
 * @author 微信搜「沉默王二」，回复关键字 PDF
 */
public class LinkedListTest {
    public static void addFromHeaderTest(int num) {
        LinkedList<String> list = new LinkedList<String>();
        int i = 0;
        long timeStart = System.currentTimeMillis();
        while (i < num) {
            list.addFirst(i + "沉默王二");
            i++;
        }
        long timeEnd = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("LinkedList从集合头部位置新增元素花费的时间" + (timeEnd - timeStart));
    }
}



num 为 10000，代码实测后的时间如下所示：


ArrayList从集合头部位置新增元素花费的时间595

LinkedList从集合头部位置新增元素花费的时间15



ArrayList 花费的时间比 LinkedList 要多很多。


如果是从集合的中间位置新增元素，ArrayList 花费的时间搞不好要比 LinkedList 少，因为 LinkedList 需要遍历。

public class ArrayListTest {
    public static void addFromMidTest(int num) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<String>(num);
        int i = 0;
        long timeStart = System.currentTimeMillis();
        while (i < num) {
            int temp = list.size();
            list.add(temp / 2 + "沉默王二");
            i++;
        }
        long timeEnd = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("ArrayList从集合中间位置新增元素花费的时间" + (timeEnd - timeStart));
    }
}
public class LinkedListTest {
    public static void addFromMidTest(int num) {
        LinkedList<String> list = new LinkedList<String>();
        int i = 0;
        long timeStart = System.currentTimeMillis();
        while (i < num) {
            int temp = list.size();
            list.add(temp / 2, i + "沉默王二");
            i++;
        }
        long timeEnd = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("LinkedList从集合中间位置新增元素花费的时间" + (timeEnd - timeStart));
    }
}



num 为 10000，代码实测后的时间如下所示：


ArrayList从集合中间位置新增元素花费的时间1

LinkedList从集合中间位置新增元素花费的时间101



ArrayList 花费的时间比 LinkedList 要少很多很多。


如果是从集合的尾部新增元素，ArrayList 花费的时间应该比 LinkedList 少，因为数组是一段连续的内存空间，也不需要复制数组；而链表需要创建新的对象，前后引用也要重新排列。

public class ArrayListTest {
    public static void addFromTailTest(int num) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<String>(num);
        int i = 0;
        long timeStart = System.currentTimeMillis();
        while (i < num) {
            list.add(i + "沉默王二");
            i++;
        }
        long timeEnd = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("ArrayList从集合尾部位置新增元素花费的时间" + (timeEnd - timeStart));
    }
}
public class LinkedListTest {
    public static void addFromTailTest(int num) {
        LinkedList<String> list = new LinkedList<String>();
        int i = 0;
        long timeStart = System.currentTimeMillis();
        while (i < num) {
            list.add(i + "沉默王二");
            i++;
        }
        long timeEnd = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("LinkedList从集合尾部位置新增元素花费的时间" + (timeEnd - timeStart));
    }
}


num 为 10000，代码实测后的时间如下所示：


ArrayList从集合尾部位置新增元素花费的时间69

LinkedList从集合尾部位置新增元素花费的时间193

1

2

ArrayList 花费的时间比 LinkedList 要少一些。


这样的结论和预期的是不是不太相符？ArrayList 在添加元素的时候如果不涉及到扩容，性能在两种情况下（中间位置新增元素、尾部新增元素）比 LinkedList 好很多，只有头部新增元素的时候比 LinkedList 差，因为数组复制的原因。


当然了，如果涉及到数组扩容的话，ArrayList 的性能就没那么可观了，因为扩容的时候也要复制数组。


04、ArrayList 和 LinkedList 删除元素时究竟谁快？


1）ArrayList


ArrayList 删除元素的时候，有两种方式，一种是直接删除元素（remove(Object)），需要直先遍历数组，找到元素对应的索引；一种是按照索引删除元素（remove(int)）。


public boolean remove(Object o) {
    final Object[] es = elementData;
    final int size = this.size;
    int i = 0;
    found: {
        if (o == null) {
            for (; i < size; i++)
                if (es[i] == null)
                    break found;
        } else {
            for (; i < size; i++)
                if (o.equals(es[i]))
                    break found;
        }
        return false;
    }
    fastRemove(es, i);
    return true;
}
public E remove(int index) {
    Objects.checkIndex(index, size);
    final Object[] es = elementData;
    @SuppressWarnings("unchecked") E oldValue = (E) es[index];
    fastRemove(es, index);
    return oldValue;
}



但从本质上讲，都是一样的，因为它们最后调用的都是 fastRemove(Object, int) 方法。


private void fastRemove(Object[] es, int i) {
    modCount++;
    final int newSize;
    if ((newSize = size - 1) > i)
        System.arraycopy(es, i + 1, es, i, newSize - i);
    es[size = newSize] = null;
}


从源码可以看得出，只要删除的不是最后一个元素，都需要数组重组。删除的元素位置越靠前，代价就越大。


2）LinkedList


LinkedList 删除元素的时候，有四种常用的方式：


remove(int)，删除指定位置上的元素

public E remove(int index) {

   checkElementIndex(index);

   return unlink(node(index));

}



先检查索引，再调用 node(int) 方法（ 前后半段遍历，和新增元素操作一样）找到节点 Node，然后调用 unlink(Node) 解除节点的前后引用，同时更新前节点的后引用和后节点的前引用：


  

E unlink(Node<E> x) {
        // assert x != null;
        final E element = x.item;
        final Node<E> next = x.next;
        final Node<E> prev = x.prev;
        if (prev == null) {
            first = next;
        } else {
            prev.next = next;
            x.prev = null;
        }
        if (next == null) {
            last = prev;
        } else {
            next.prev = prev;
            x.next = null;
        }
        x.item = null;
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }
remove(Object)，直接删除元素
public boolean remove(Object o) {
    if (o == null) {
        for (LinkedList.Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
            if (x.item == null) {
                unlink(x);
                return true;
            }
        }
    } else {
        for (LinkedList.Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
            if (o.equals(x.item)) {
                unlink(x);
                return true;
            }
        }
    }
    return false;
}
也是先前后半段遍历，找到要删除的元素后调用 unlink(Node)。
removeFirst()，删除第一个节点
public E removeFirst() {
    final LinkedList.Node<E> f = first;
    if (f == null)
        throw new NoSuchElementException();
    return unlinkFirst(f);
}
private E unlinkFirst(LinkedList.Node<E> f) {
    // assert f == first && f != null;
    final E element = f.item;
    final LinkedList.Node<E> next = f.next;
    f.item = null;
    f.next = null; // help GC
    first = next;
    if (next == null)
        last = null;
    else
        next.prev = null;
    size--;
    modCount++;
    return element;
}

删除第一个节点就不需要遍历了，只需要把第二个节点更新为第一个节点即可。


removeLast()，删除最后一个节点

删除最后一个节点和删除第一个节点类似，只需要把倒数第二个节点更新为最后一个节点即可。


可以看得出，LinkedList 在删除比较靠前和比较靠后的元素时，非常高效，但如果删除的是中间位置的元素，效率就比较低了。


这里就不再做代码测试了，感兴趣的小伙伴可以自己试试，结果和新增元素保持一致：


从集合头部删除元素时，ArrayList 花费的时间比 LinkedList 多很多；


从集合中间位置删除元素时，ArrayList 花费的时间比 LinkedList 少很多；


从集合尾部删除元素时，ArrayList 花费的时间比 LinkedList 少一点。


我本地的统计结果如下所示，小伙伴们可以作为参考：


ArrayList从集合头部位置删除元素花费的时间380

LinkedList从集合头部位置删除元素花费的时间4

ArrayList从集合中间位置删除元素花费的时间381

LinkedList从集合中间位置删除元素花费的时间5922

ArrayList从集合尾部位置删除元素花费的时间8

LinkedList从集合尾部位置删除元素花费的时间12


05、ArrayList 和 LinkedList 遍历元素时究竟谁快？


1）ArrayList


遍历 ArrayList 找到某个元素的话，通常有两种形式：


get(int)，根据索引找元素
public E get(int index) {
    Objects.checkIndex(index, size);
    return elementData(index);
}


由于 ArrayList 是由数组实现的，所以根据索引找元素非常的快，一步到位。


indexOf(Object)，根据元素找索引
public int indexOf(Object o) {
    return indexOfRange(o, 0, size);
}
int indexOfRange(Object o, int start, int end) {
    Object[] es = elementData;
    if (o == null) {
        for (int i = start; i < end; i++) {
            if (es[i] == null) {
                return i;
            }
        }
    } else {
        for (int i = start; i < end; i++) {
            if (o.equals(es[i])) {
                return i;
            }
        }
    }
    return -1;
}


根据元素找索引的话，就需要遍历整个数组了，从头到尾依次找。


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