Java中ArrayList与LinkedList的作用是什么

Java中ArrayList与LinkedList的作用是什么，针对这个问题，这篇文章详细介绍了相对应的分析和解答，希望可以帮助更多想解决这个问题的小伙伴找到更简单易行的方法。

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1.1，链表

链表:linked list,由一系列结点node（链表中每一个元素称为结点）组成，结点可以在运行时动态生成。每个结点包括两个部分：一个是存储数据元素的数据域，另一个是存储下一个结点地址的指针域。我们常说的链表结构有单向链表与双向链表，那么这里给大家介绍的是单向链表。

简单的说，采用该结构的集合，对元素的存取有如下的特点：

多个结点之间，通过地址进行连接。例如，多个人手拉手，每个人使用自己的右手拉住下个人的左手，依次类推，这样多个人就连在一起了。

查找元素慢：想查找某个元素，需要通过连接的节点，依次向后查找指定元素。

增删元素快：

增加元素：只需要修改连接下个元素的地址即可。

删除元素：只需要修改连接下个元素的地址即可。

1.2，红黑树

红黑树是一种自平衡二叉查找树，是计算机科学领域中的一种数据结构，典型的用途是实现关联数组，存储有序的数据。

红黑树本身就是一颗二叉查找树，将节点插入后，该树仍然是一颗二叉查找树。也就意味着，树的键值仍然是有序的。

红黑树的约束:

节点可以是红色的或者黑色的。  根节点是黑色的。  叶子节点(特指空节点)是黑色的。  每个红色节点的子节点都是黑色的。  任何一个节点到其每一个叶子节点的所有路径上黑色节点数相同。

红黑树的特点:

速度特别快,趋近平衡树,查找叶子元素最少和最多次数不多于二倍。

二，List接口

2.1，简介

java.util.List接口继承自Collection接口，是单列集合的一个重要分支，习惯性地会将实现了List接口的对象称为List集合。在List集合中允许出现重复的元素，所有的元素是以一种线性方式进行存储的，在程序中可以通过索引来访问集合中的指定元素。另外，List集合还有一个特点就是元素有序，即元素的存入顺序和取出顺序一致。

那么List接口有什么特点。

它是一个元素存取有序的集合。例如，存元素的顺序是1、2、3。那么集合中，元素的存储就是按照1、2、3的顺序完成的）。  它是一个带有索引的集合，通过索引就可以精确的操作集合中的元素（与数组的索引是一个道理）。  集合中可以有重复的元素，通过元素的equals方法，来比较是否为重复的元素。

2.2，常用方法

List接口继承Collection接口，因此在父类接口中的方法，List子接口全部都有，并且还增加通过索引的方式操作数据。

public void add(int index, E element) : 将指定的元素，添加到该集合中的指定位置上。  public E get(int index) :返回集合中指定位置的元素。  public E remove(int index) : 移除列表中指定位置的元素, 返回的是被移除的元素。  public E set(int index, E element) :用指定元素替换集合中指定位置的元素,返回值的更新前的元素。

public class ListDemo { public static void main(String[] args) { // 创建List集合对象 List list = new ArrayList<>(); // 往尾部添加 指定元素 list.add("ABC"); list.add("张三"); list.add("李四"); System.out.println(list); // add(int index,String s) 往指定位置添加 list.add(1,"DEF"); System.out.println(list); // String remove(int index) 删除指定位置元素 返回被删除元素 // 删除索引位置为2的元素 System.out.println("删除索引位置为2的元素"); System.out.println(list.remove(2)); System.out.println(list); // String set(int index,String s) // 在指定位置进行元素替代（改） // 修改指定位置元素 list.set(0, "三毛"); System.out.println(list); // String get(int index) 获取指定位置元素 // 跟size() 方法一起用来遍历的 for(int i = 0;i

三，Array List（JDK8）

Array List底层是基于动态数组实现的，何以动态。在于它是一个可变的数组，根据实际情况它的容量可自动扩充，类似于在C语言中动态申请内存的原理。（题外话：记得有一次面试，面试官问我arraylist是怎么实现的，我说是一个动态数组。然后把他吓一跳，说一句让我想清楚再说。我还以为说错了，接着沉淀5秒钟，就是一个可自动扩容的动态数组）。

其特点是增删慢，查询快。因为是基于数组实现那么就会存在索引，增删就是对数据的更新，导致索引也会发生相应变化。但是存在索引值，所以对于查询数据来说就很快了。如图：

3.1，数组实现

为什么说底层是一个数组，请看源码：

ArrayList在初始化时默认的数组容量为10，源码如下：

3.2，构造方法

1，定义无参构造方法，初始化默认为10的空列表。

2，有参构造，并且自定义初始化容量的大小。

3，将数据类型转换为数组类型。

分析：

1，elementData = c.toArray();将元素转化成数组。

2，判断数组大小是否为0，否则将默认EMPTY_ELEMENTDATA赋值给数组。

3，接着里面的if判断，判断elementData是否成功转换为数组，如果成功则调用Arrays.copyOf方法将元素值，数组大小，及数组类复制值到elementData数组中。

完成以上初始化步骤之后，接着我们可以调用add方法完成数据添加。

3.3，add方法

先介绍没有指定索引的数据添加，请看add源码：

分析：

1，ensureCapacityInternal(size + 1);这个方法是判断在添加数据之前，数组的容量是否够用。这里就看下源码的实现吧。

判断是否要扩容。

说明：

首先size默认为0，然后size+1将参数传过来。判断if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)是不是第一次添加元素，如果是，则选取默认的容量大小10，正式将数组容量初始化为10.接着调用ensureExplicitCapacity(minCapacity);这里是判断是否需要进行扩容。这里我们假设不需要扩容，接着说完add方法最后一步。

2，elementData[size++] = e;最后执行这一步，将元素e添加到elementData数组中，并且大小加1，并完成元素添加。

3.4，扩容机制

上面我们说到在数组不扩容情况下元素是如何进行添加的，再来说说如何进行扩容。接着上面ensureExplicitCapacity(int minCapacity)这个方法，判断如果超出默认容量大小时，便调用grow(minCapacity);方法开始进行扩容。

在这里先指出扩容的机制其实就是数组的复制，创建一个新的数组，将小容量数组的元素复制到容量较大的数组中，以此完成数组的扩容。

接着我们看源码的实现：

分析：

1，获取旧数组的大小。

2，将大小扩大1.5倍。

3，新容量小于参数指定容量，修改新容量。

4，新容量大于最大容量，并指定新容量。

5，调用copyOf进行复制。

完成扩容。

四，线程不安全

Array List是线程不安全的，这点很重要，也是面试最常问的问题。那为什么是不安全的呢，下面简单总结以下。

情况一：

假设现在有A，B两个线程同时执行add方法，而现在size = 9，于是：

1，A经过以上步骤发现初始化容量为10，不需要进行数组扩容。

2，同时B也在执行add方法，它判断数组初始化容量也是10（size的值还是9），于是不进行数组扩容。接着A便执行add方法，元素添加成功后，size = 10；此时B开始执行add方法，但这个时候数组元素已经添加满了，B再添加就会造成数组下标越界异常。

情况二：

elementData[size++] = e;这一步也有可能出现问题。

列表大小为0，即size=0。 线程A开始添加一个元素，值为A。此时它执行第一条操作，将A放在了elementData下标为0的位置上。 接着线程B刚好也要开始添加一个值为B的元素，且走到了第一步操作。此时线程B获取到size的值依然为0，于是它将B也放在了elementData下标为0的位置上。 而最终size大小为：

线程A开始将size的值增加为1线程B开始将size的值增加为2

针对这种情况，可以使用以下方式解决：

List list1 = Collections.synchronizedList(new ArrayList());

五，Linked List

linked list数据存储的结构是双向链表结构。方便元素添加、删除的集合，但是查询较慢。

LinkedList中常用方法：

public void addFirst(E e):将指定元素插入此列表的开头。  public void addLast(E e):将指定元素添加到此列表的结尾。  public E getFirst():返回此列表的第一个元素。  public E getLast():返回此列表的最后一个元素。  public E removeFirst():移除并返回此列表的第一个元素。  public E removeLast():移除并返回此列表的最后一个元素。  public E pop():从此列表所表示的堆栈处弹出一个元素。  public void push(E e):将元素推入此列表所表示的堆栈。  public boolean isEmpty()：如果列表不包含元素，则返回true。

public class LinkedListDemo { public static void main(String[] args) { LinkedList link = new LinkedList(); //添加元素 link.addFirst("abc1"); link.addFirst("abc2"); link.addFirst("abc3"); System.out.println(link); // 获取元素 System.out.println(link.getFirst()); System.out.println(link.getLast()); // 删除元素 System.out.println(link.removeFirst()); System.out.println(link.removeLast()); while (!link.isEmpty()) { //判断集合是否为空  System.out.println(link.pop()); //弹出集合中的栈顶元素 } System.out.println(link); }}

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