List集合總結，對比分析ArrayList，Vector，LinkedList

工匠初心發表於2019-06-30

前面已經寫了三篇關於Java集合的文章，包括：

Java集合 ArrayList原理及使用

再說Java集合，subList之於ArrayList

Java集合 LinkedList的原理及使用

關於Vector，它的實現和ArrayList非常類似，就不再單開一個章節來講了，現在我們來對Java集合做一個歸納總結。

一. List框架圖

List集合總結，對比分析ArrayList，Vector，LinkedList

首先上面的框架圖可以表明順序的關聯關係，但並不全面，如ArrayList在繼承了AbstractList抽象類的同時還實現了List介面。

  1. List是一個介面，繼承了Collection，同時Collection繼承了Iterable，表明List的實現類都是可用迭代遍歷的；
  2. AbstractList是一個抽象類，實現了List介面，同時繼承了AbstractCollection，針對一些常用方法，如add()，set()，remove()，給了預設實現，當然在具體的實現類中基本都重寫了，該類中沒有get()，size()方法。
  3. AbstractSequentialList是一個抽象類，繼承了AbstractList抽象類，實現了很多雙向連結串列中根據索引操作的方法。
  4. ArrayList、Vector、LinkedList、Stack都是具體的實現類。

二. ArrayList、Vector對比分析

型別 執行緒安全 內部結構 擴容規則 執行效率 序列化
ArrayList 否 陣列Object[] 10 陣列足夠最小長度*1.5 高 是
Vector 是 陣列Object[] 10 預設陣列足夠最小長度*2，可自定義每次擴容數量 低 是

Vertor擴容方法：

private void grow(int minCapacity) {
    // overflow-conscious code
    int oldCapacity = elementData.length;
    //capacityIncrement引數可通過建構函式傳遞進來，若沒傳遞該引數，則陣列大小設定為elementData.length * 2
    int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ?
                                     capacityIncrement : oldCapacity);
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    //擴容有上限
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

三. ArrayList、LinkedList對比分析

型別 內部結構 插入效率(正常情況) 刪除效率(正常情況) 順序遍歷效率 隨機遍歷效率 佔用記憶體
ArrayList 陣列Object[] 低 低 高 高 低 是
LinkedList 雙向連結串列Node 高 高 高 低 高 是

上述的對比都是基於大資料量的情況下，如果只是幾個元素或幾十個元素，它們之間並沒有多大區別。

問：插入效率為何說正常情況下ArrayList低，LinkedList高呢？

答：我們清楚ArrayList之所以插入效率低，有兩個原因會造成時間的消耗。

​ 第一，當底層陣列空間不足時需要擴容，擴容後需進行陣列拷貝

​ 第二，當不在陣列末尾插入資料，那麼就需要移動陣列元素

​ 知道了其插入效率低的原因後，那麼很明顯，資料擴容及拷貝只有在陣列空間不足時才發生，如果我們正確使用，就像《阿里巴巴Java開發手冊》中提到我們在建立集合物件時，就傳遞引數預先設定好陣列大小，那麼插入效率是非常高的；而90%的情況下我們在新增元素時都呼叫的是add(E e)，直接在末尾新增元素，很少呼叫add(int index, E e)在陣列中部新增元素，這樣其實移動陣列元素就很少發生，因此插入效率也很高。

問：刪除效率為何說正常情況下ArrayList低，LinkedList高呢？

答：因為刪除效率高、低不是絕對的。其實刪除操作可以分為兩部分。

​ 第一：找到要刪除的元素，這個通過索引找，ArrayList的執行效率要遠高於LinkedList的執行效率；通過equals找則需要遍歷整個集合，ArrayList和LinkedList執行效率基本一致。

​ 第二：刪除元素及後續操作，這個如果刪除是最後一個元素，執行效率基本一致；如果是刪除的中間元素，那麼ArrayList需進行陣列元素移動，而LinkedList只需搭建起該元素的上一個節點和下一個節點的關係即可，LinkedList執行效率高於ArrayList。

​ 因此，需根據實際情況才可判斷實際的執行效率。

問：遍歷效率這個問題怎麼說？

答：ArrayList通過陣列實現，天然可以通過陣列下標讀取資料，順序遍歷、隨機遍歷效率都非常高；LinkedList通過雙向連結串列實現，順序遍歷時，可直接通過本節點.next()直接找到相關聯的下一個節點，效率很高，而如果LinkedList隨機遍歷時，首先需判斷（傳遞的索引值與集合長度/2）的大小，來確定接下來是應該從第一個節點開始找還是最後節點開始找，越是靠近集合中部、集合越大，隨機遍歷執行效率越低。

​

四. 總結

本文對List集合進行了總結，包括類結構圖，ArrayList和Vector對比分析，ArrayList和LinkedList的對比分析，若有不對之處，請批評指正，望共同進步，謝謝！

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