LinkedList真的是查找慢增删快吗
以前别人面试我,这个问题的时候我一般都是回答:linkendlist增删改块,arraylist查找块。直到最近我看了掘金的一篇博文,才发现,实践出真知啊。
测试结果
分别在ArrayList和LinkedList的头部、尾部和中间三个位置插入与查找100000个元素所消耗的时间来进行对比测试,下面是测试结果
List | 插入 | 查找 |
---|---|---|
ArrayList头部 | 2859ms | 7ms |
ArrayList尾部 | 26ms | 12ms |
ArrayList中间 | 848ms | 13ms |
LinkedList头部 | 15ms | 11ms |
LinkedList尾部 | 28ms | 11ms |
LinkedList中间 | 15981ms | 34928ms |
测试结论
- ArrayList的查找性能绝对是一流的,无论查询的是哪个位置的元素
- ArrayList除了尾部插入的性能较好外(位置越靠后性能越好),其他位置性能就不如人意了
- LinkedList在头尾查找头尾性能都很棒,但是在中间位置进行操作的话,性能就差很远了,而且跟ArrayList完全不是一个量级的,并且Linkedlist并不是插入哪里性能都比Arraylist快,越靠中间,插入越慢。
源码分析
我们把Java中的ArrayList和LinkedList就是分别对顺序表和双向链表的一种实现:
- 顺序表:需要申请连续的内存空间保存元素,可以通过内存中的物理位置直接找到元素的逻辑位置。在顺序表中间插入or删除元素需要把该元素之后的所有元素向前or向后移动。
- 双向链表:不需要申请连续的内存空间保存元素,需要通过元素的头尾指针找到前继与后继元素(查找元素的时候需要从头or尾开始遍历整个链表,直到找到目标元素)。在双向链表中插入or删除元素不需要移动元素,只需要改变相关元素的头尾指针即可。
所以我们潜意识会认为:ArrayList查找快,增删慢。LinkedList查找慢,增删快;但实际上并不是这样的。
ArrayList尾部插入
add(E e)方法
public boolean add(E e) { // 检查是否需要扩容 ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!! // 直接在尾部添加元素 elementData[size++] = e; return true; }
LinkedList尾部插入
LinkedList中定义了头尾节点
/** * Pointer to first node. */ transient Node<E> first; /** * Pointer to last node. */ transient Node<E> last;
add(E e)方法,该方法中调用了linkLast(E e)方法
public boolean add(E e) { linkLast(e); return true; }
linkLast(E e)方法,可以看出,在尾部插入的时候,并不需要从头开始遍历整个链表,因为已经事先保存了尾结点,所以可以直接在尾结点后面插入元素
/** * Links e as last element. */ void linkLast(E e) { // 先把原来的尾结点保存下来 final Node<E> l = last; // 创建一个新的结点,其头结点指向last final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null); // 尾结点置为newNode last = newNode; if (l == null) first = newNode; else // 修改原先的尾结点的尾结点,使其指向新的尾结点 l.next = newNode; size++; modCount++; }
对于尾部插入而言,ArrayList与LinkedList的性能几乎是一致的
ArrayList头部插入
add(int index, E element)方法,可以看到通过调用系统的数组复制方法来实现了元素的移动。所以,插入的位置越靠前,需要移动的元素就会越多
public void add(int index, E element) { rangeCheckForAdd(index); ensureCapacityInternal(size + 1); // 把原来数组中的index位置开始的元素全部复制到index+1开始的位置(其实就是index后面的元素向后移动一位) System.arraycopy(elementData,index,elementData, index + 1,size - index); // 插入元素 elementData[index] = element; size++; }
LinkedList头部插入
add(int index, E element)方法,该方法先判断是否是在尾部插入,如果是调用linkLast()方法,否则调用linkBefore(),那么是否真的就是需要重头开始遍历呢?我们一起来看看
public void add(int index, E element) { checkPositionIndex(index); if (index == size) linkLast(element); else linkBefore(element, node(index)); }
linkBefore方法
这个函数的工作就只是负责把元素插入到相应的位置而已,关键的工作在node()方法中已经完成了
void linkBefore(E e, Node<E> succ) { // assert succ != null; final Node<E> pred = succ.prev; final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ); succ.prev = newNode; if (pred == null) first = newNode; else pred.next = newNode; size++; modCount++; }
node方法
Node<E> node(int index) { // assert isElementIndex(index); if (index < (size >> 1)) { Node<E> x = first; for (int i = 0; i < index; i++) x = x.next; return x; } else { Node<E> x = last; for (int i = size - 1; i > index; i--) x = x.prev; return x; } }
在头尾以外的位置插入元素当然得找出这个位置在哪里,这里面的node()方法就是关键所在,这个函数的作用就是根据索引查找元素,但是它会先判断index的位置,如果index比size的一半(size >> 1,右移运算,相当于除以2)要小,就从头开始遍历。否则,从尾部开始遍历。从而可以知道,对于LinkedList来说,操作的元素的位置越往中间靠拢,效率就越低。
ArrayList、LinkedList查找
- 这就没啥好说的了,对于ArrayList,无论什么位置,都是直接通过索引定位到元素,时间复杂度O(1)
- 而对于LinkedList查找,其核心方法就是上面所说的node()方法,所以头尾查找速度极快,越往中间靠拢效率越低
总结
- 对于LinkedList来说,头部插入和尾部插入时间复杂度都是O(1)
- 但是对于ArrayList来说,头部的每一次插入都需要移动size-1个元素,效率可想而知
- 但是如果都是在最中间的位置插入的话,ArrayList速度比LinkedList的速度快将近10倍
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- ArrayList和LinkedList都是实现了List接口的类,他们都是元素的容器,用于存放对象的引用; 他们都可以对存放的元素进行增删改查的操作,还可以进行排序。 但是,他们还是有区别的。
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