Чем отличаются ArrayList и LinkedList? В каких сценариях предпочтительнее использовать каждый из них?java-15

ArrayList и LinkedList — это две наиболее часто используемые реализации интерфейса List в Java. Они имеют разные внутренние структуры данных и, как следствие, разные характеристики производительности. Давайте разберем, чем они отличаются и в каких сценариях предпочтительнее использовать каждый из них.

1. Внутренняя структура данных

a. ArrayList

ArrayList основан на динамическом массиве. Это означает, что элементы хранятся в непрерывном блоке памяти, что обеспечивает быстрый доступ по индексу.

b. LinkedList

LinkedList основан на двусвязном списке. Каждый элемент (узел) содержит ссылки на предыдущий и следующий элементы, что позволяет эффективно вставлять и удалять элементы в середине списка.

2. Основные различия

Характеристика ArrayList LinkedList
Структура данных Динамический массив Двусвязный список
Доступ по индексу O(1) — быстрый доступ по индексу O(n) — медленный доступ по индексу
Вставка/удаление в начале/середине O(n) — медленно, так как требует сдвига элементов O(1) — быстро, так как требует только изменения ссылок
Вставка/удаление в конце O(1) — быстро, если не требуется увеличение массива O(1) — быстро
Использование памяти Меньше, так как хранит только данные Больше, так как хранит данные и ссылки
Итерация Быстрее, так как элементы хранятся в непрерывной памяти Медленнее, так как требует перехода по ссылкам

3. Сценарии использования

a. Когда использовать ArrayList?

  • Частый доступ по индексу: Если ваше приложение часто обращается к элементам списка по индексу, ArrayList будет более эффективным.
  • Хранение большого количества данных: ArrayList использует меньше памяти, так как не хранит ссылки на соседние элементы.
  • Добавление/удаление в конце списка: Если операции вставки и удаления происходят преимущественно в конце списка, ArrayList будет эффективным.

Пример:

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("A");
list.add("B");
list.add("C");

String element = list.get(1); // Быстрый доступ по индексу
list.add("D"); // Быстрое добавление в конец

b. Когда использовать LinkedList?

  • Частые вставки/удаления в середине списка: Если ваше приложение часто вставляет или удаляет элементы в середине списка, LinkedList будет более эффективным.
  • Реализация стеков, очередей и деков: LinkedList поддерживает интерфейсы Deque и Queue, что делает его подходящим для реализации структур данных, таких как стеки и очереди.
  • Динамическое изменение размера: Если размер списка часто изменяется, LinkedList может быть более предпочтительным из-за эффективности операций вставки и удаления.

Пример:

List<String> list = new LinkedList<>();
list.add("A");
list.add("B");
list.add("C");

list.add(1, "X"); // Быстрая вставка в середину
list.remove(2); // Быстрое удаление из середины

4. Примеры производительности

a. Доступ по индексу

List<Integer> arrayList = new ArrayList<>();
List<Integer> linkedList = new LinkedList<>();

for (int i = 0; i < 100000; i++) {
    arrayList.add(i);
    linkedList.add(i);
}

long startTime = System.nanoTime();
arrayList.get(50000);
long endTime = System.nanoTime();
System.out.println("ArrayList access time: " + (endTime - startTime) + " ns");

startTime = System.nanoTime();
linkedList.get(50000);
endTime = System.nanoTime();
System.out.println("LinkedList access time: " + (endTime - startTime) + " ns");

Результат:

  • ArrayList будет значительно быстрее, так как доступ по индексу выполняется за O(1).
  • LinkedList будет медленнее, так как доступ по индексу выполняется за O(n).

b. Вставка в середину

startTime = System.nanoTime();
arrayList.add(50000, 999);
endTime = System.nanoTime();
System.out.println("ArrayList insert time: " + (endTime - startTime) + " ns");

startTime = System.nanoTime();
linkedList.add(50000, 999);
endTime = System.nanoTime();
System.out.println("LinkedList insert time: " + (endTime - startTime) + " ns");

Результат:

  • ArrayList будет медленнее, так как вставка требует сдвига элементов.
  • LinkedList будет быстрее, так как вставка требует только изменения ссылок.

Резюмируем

  • ArrayList:

    • Основан на динамическом массиве.
    • Быстрый доступ по индексу (O(1)).
    • Эффективен для частого доступа по индексу и добавления/удаления в конце списка.
    • Использует меньше памяти.

  • LinkedList:

    • Основан на двусвязном списке.
    • Быстрая вставка/удаление в середине списка (O(1)).
    • Эффективен для частых вставок/удалений в середине списка и реализации стеков/очередей.
    • Использует больше памяти из-за хранения ссылок.

Выбор между ArrayList и LinkedList зависит от конкретных требований вашего приложения. Для большинства сценариев, где требуется частый доступ по индексу и хранение большого количества данных, ArrayList будет предпочтительным выбором. Однако, если ваше приложение часто вставляет или удаляет элементы в середине списка, LinkedList может быть более подходящим.