Java 中Vector、ArrayList和LinkedList 的區別

SDK 提供了有序集合介面java.util.List的幾種實現，其中三種最為人們熟知的是Vector、ArrayList和LinkedList。有關這 些List類的效能差別是一個經常被問及的問題。在這篇文章中，我要探討的就是LinkedList和Vector/Array

SDK 提供了有序集合介面java.util.List的幾種實現，其中三種最為人們熟知的是Vector、ArrayList和LinkedList。有關這
些List類的效能差別是一個經常被問及的問題。在這篇文章中，我要探討的就是LinkedList和Vector/ArrayList之間的效能差異。

為全面分析這些類之間的效能差異，我們必須知道它們的實現方法。因此，接下來我首先從效能的角度出發，簡要介紹這些類的實現特點。

一、Vector和ArrayList的實現
Vector和ArrayList都帶有一個底層的Object[]數組，這個Object[]數組用來儲存元素。通過索引訪問元素時，只需簡單地通過索引訪問內部數組的元素：
public
Object get(int index)
{ //首先檢查index是否合法...此處不顯示這部分代碼
return
elementData[index]; }

 

內部數組可以大於Vector/ArrayList對象擁有元素的數量，兩者的差值作為剩餘空間，以便實現快速添加新元素。有了剩餘空間，添加元素變得非常簡單，只需把新的元素儲存到內部數組中的一個空餘的位置，然後為新的空餘位置增加索引值：
public
boolean add(Object o)
{ ensureCapacity(size + 1); //稍後介紹 elementData[size++]
= o; return true;
//List.add(Object) 的傳回值 }

把元素插入集合中任意指定的位置（而不是集合的末尾）略微複雜一點：插入點之上的所有數組元素都必須向前移動一個位置，然後才能進行賦值：
public
void add(int index, Object element)
{
//首先檢查index是否合法...此處不顯示這部分代碼
ensureCapacity(size+1);
System.arraycopy(elementData,
index, elementData, index + 1,
size - index);
elementData[index] =
element;
size++;
}

剩 餘空間被用光時，如果需要加入更多的元素，Vector/ArrayList對象必須用一個更大的新數組替換其內部Object[]數組，把所有的數組元
素複製到新的數組。根據SDK版本的不同，新的數組要比原來的大50%或者100%（下面顯示的代碼把數組擴大100%）：
public void
ensureCapacity(int minCapacity) {
int oldCapacity = elementData.length;
if
(minCapacity > oldCapacity) {
Object oldData[] = elementData;
int
newCapacity = Math.max(oldCapacity * 2, minCapacity);
elementData = new
Object[newCapacity];
System.arraycopy(oldData, 0, elementData, 0,
size);
}
}

Vector 類和ArrayList類的主要不同之處在於同步。除了兩個只用於序列化的方法，沒有一個ArrayList的方法具有同步執行的能力；相反，
Vector的大多數方法具有同步能力，或直接或間接。因此，Vector是安全執行緒的，但ArrayList不是。這使得ArrayList要比
Vector快速。對於一些最新的JVM，兩個類在速度上的差異可以忽略不計：嚴格地說，對於這些JVM，這兩個類在速度上的差異小於比較這些類效能的測
試所顯示的時間差異。

通過索引訪問和更新元素時，Vector和ArrayList的實現有著卓越的效能，因為不存在除範圍檢查之外的
其他開銷。除非內部數組空間耗盡必須進行擴充，否則，向列表的末尾添加元素或者從列表的末尾刪除元素時，都同樣有著優秀的效能。插入元素和刪除元素總是要
進行數組複製（當數組先必須進行擴充時，需要兩次複製）。被複製元素的數量和[size-index]成比例，即和插入/刪除點到集合中最後索引位置之間
的距離成比例。對於插入操作，把元素插入到集合最前面（索引0）時效能最差，插入到集合最後面時（最後一個現有元素之後）時效能最好。隨著集合規模的增
大，數組複製的開銷也迅速增加，因為每次插入操作必須複製的元素數量增加了。

二、LinkedList的實現
LinkedList通過一個雙向連結的節點列表實現。要通過索引訪問元素，你必須尋找所有節點，直至找到目標節點：
public
Object get(intindex) {
//首先檢查index是否合法...此處不顯示這部分代碼
Entry e = header;
//開始節點
//向前或者向後尋找，具體由哪一個方向距離較
//近決定
if (index < size/2) {
for
(int i = 0; i <= index; i++)
e = e.next;
} else {
for (int i = size;
i > index; i--)
e = e.previous;
}
return e;
}

把元素插入列表很簡單：找到指定索引的節點，然後緊靠該節點之前插入一個新節點：
public void add(int index, Object
element) {
//首先檢查index是否合法...此處不顯示這部分代碼
Entry e = header; //starting
node
//向前或者向後尋找，具體由哪一個方向距離較
//近決定
if (index < size/2) {
for (int
i = 0; i <= index; i++)
e = e.next;
} else {
for (int i = size; i
> index; i--)
e = e.previous;
}
Entry newEntry = new Entry(element,
e, e.previous);
newEntry.previous.next = newEntry;
newEntry.next.previous
= newEntry;
size++;
}

安全執行緒的LinkedList和其他集合
如 果要從Java
SDK得到一個安全執行緒的LinkedList，你可以利用一個同步封裝器從Collections.synchronizedList(List)得到
一個。然而，使用同步封裝器相當於加入了一個間接層，它會帶來昂貴的效能代價。當封裝器把調用傳遞給被封裝的方法時，每一個方法都需要增加一次額外的方法
調用，經過同步封裝器封裝的方法會比未經封裝的方法慢二到三倍。對於象搜尋之類的複雜操作，這種間接調用所帶來的開銷不是很突出；但對於比較簡單的方法，
比如訪問功能或者更新功能，這種開銷可能對效能造成嚴重的影響。

這意味著，和Vector相比，經過同步封裝的LinkedList在
效能上處於顯著的劣勢，因為Vector不需要為了安全執行緒而進行任何額外的間接調用。如果你想要有一個安全執行緒的LinkedList，你可以複製
LinkedList類並讓幾個必要的方法同步，這樣你可以得到一個速度更快的實現。對於所有其它集合類，這一點都同樣有效：只有List和Map具有高
效的安全執行緒實現（分別是Vector和Hashtable類）。有趣的是，這兩個高效的安全執行緒類的存在只是為了向後相容，而不是出於效能上的考慮。

對於通過索引訪問和更新元素，LinkedList實現的效能開銷略大一點，因為訪問任意一個索引都要求跨越多個節點。插入元素時除了有跨
越多個節點的效能開銷之外，還要有另外一個開銷，即建立節點對象的開銷。在優勢方面，LinkedList實現的插入和刪除操作沒有其他開銷，因此，插入
-刪除開銷幾乎完全依賴於插入-刪除點離集合末尾的遠近。

ArrayList和Vector通常比LinkedList和同步
封裝之後的LinkedList有著更好的效能。即使在你認為LinkedList可能提供更高效能的情況下，你也可以通過修改元素加入的方式從
ArrayList爭取更好的效能，例如翻轉集合元素的次序。

有些情況下LinkedList會有更好的效能，例如，當大量元素需要同
時加入到大型集合的開頭和末尾時。但一般而言，我建議你優先使用ArrayList/Vector類，只有當它們存在明顯的效能問題而
LinkedList能夠改進效能時，才使用LinkedList。