Java中Array List与Linked List的实现分析

一、Array List的实现分析

1.1 概述

ArrayList是Java中最常用的List实现类之一，它实现了List接口并使用数组作为内部存储结构。特点是随机访问效率高但插入和删除效率相对较慢。

1.2 基本操作

1.2.1 添加元素

List<String> arrayList = new ArrayList<>();
arrayList.add("elem1");
arrayList.add("elem2");
arrayList.add("elem3");

1.2.2 访问元素

List<String> arrayList = new ArrayList<>();
arrayList.add("elem1");
arrayList.add("elem2");
arrayList.add("elem3");
System.out.println(arrayList.get(0));

1.2.3 删除元素

List<String> arrayList = new ArrayList<>();
arrayList.add("elem1");
arrayList.add("elem2");
arrayList.add("elem3");
arrayList.remove(1);

1.3 性能分析

1.3.1 随机访问

由于ArrayList使用数组作为内部存储结构，所以可以直接根据下标进行随机访问，时间复杂度为O(1)。但如果要在ArrayList中进行元素的删除或插入操作，则需要进行数组的复制，所以时间复杂度为O(n)。

1.3.2 遍历

ArrayList使用数组实现，所以遍历时只需要按照数组的下标访问即可，时间复杂度为O(n)。

二、Linked List的实现分析

2.1 概述

LinkedList是Java中的另一个List实现类，它也实现了List接口，但使用双向链表作为内部存储结构。LinkedList具有插入和删除效率高但随机访问效率较低的特点。

2.2 基本操作

2.2.1 添加元素

List<String> linkedList = new LinkedList<>();
linkedList.add("elem1");
linkedList.add("elem2");
linkedList.add("elem3");

2.2.2 访问元素

List<String> linkedList = new LinkedList<>();
linkedList.add("elem1");
linkedList.add("elem2");
linkedList.add("elem3");
System.out.println(linkedList.get(0));

2.2.3 删除元素

List<String> linkedList = new LinkedList<>();
linkedList.add("elem1");
linkedList.add("elem2");
linkedList.add("elem3");
linkedList.remove(1);

2.3 性能分析

2.3.1 随机访问

由于LinkedList使用双向链表作为内部存储结构，所以随机访问时需要从头部或尾部开始依次遍历，时间复杂度为O(n)。

2.3.2 遍历

LinkedList的遍历与ArrayList类似，但由于使用链表作为内部存储结构，遍历时需要将每个节点跳转到下一个节点，时间复杂度也为O(n)。

三、Array List VS Linked List比较

在选择Array List和Linked List时，需要根据实际需求进行选择。

3.1 随机访问VS插入删除

如果需要进行大量的随机访问操作，那么应该选择Array List，因为Array List可以直接根据下标进行访问，时间复杂度为O(1)。但如果需要进行大量的插入和删除操作，那么应该选择Linked List，因为Linked List具有快速的插入和删除操作。

3.2 空间复杂度

在空间复杂度方面，由于ArrayList使用数组作为内部存储结构，所以需要进行动态扩容，而Linked List不需要进行动态扩容，所以Linked List空间复杂度相对较小。

四、示例说明

4.1 遍历LinkedList示例

List<String> linkedList = new LinkedList<>();
linkedList.add("elem1");
linkedList.add("elem2");
linkedList.add("elem3");

for (String elem : linkedList) {
    System.out.println(elem);
}

4.2 随机访问ArrayList示例

List<Integer> arrayList = new ArrayList<>();
Random random = new Random();
for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
    arrayList.add(random.nextInt(10000));
}

long start = System.currentTimeMillis();
int elem = arrayList.get(50000);
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("time: " + (end - start) + "ms");

以上示例说明了通过LinkedList进行遍历以及通过ArrayList进行随机访问的操作。由于ArrayList使用数组作为内部存储结构，并且可以直接根据下标进行访问，所以随机访问操作非常快速；但由于LinkedList使用双向链表作为内部存储结构，所以遍历操作比较快速。