【2w字干货】ArrayList与LinkedList的区别以及JDK11中的底层实现

1 概述

本文主要讲述了ArrayList与LinkedList的相同以及不同之处，以及两者的底层实现（环境OpenJDK 11.0.10）。

2 两者区别

在详细介绍两者的底层实现之前，先来简单看一下两者的异同。

2.1 相同点

• 两者都实现了List接口，都继承了AbstractList（LinkedList间接继承，ArrayList直接继承）
• 都是线程不安全的
• 都具有增删查改方法

2.2 不同点

• 底层数据结构不同：ArrayList基于Object[]数组，LinkedList基于LinkedList.Node双向链表
• 随机访问效率不同：ArrayList随机访问能做到O(1)，因为可以直接通过下标找到元素，而LinkedList需要从头指针开始遍历，时间O(n)
• 初始化操作不同：ArrayList初始化时需要指定一个初始化容量（默认为10），而LinkedList不需要
• 扩容：ArrayList当长度不足以容纳新元素的时候，会进行扩容，而LinkedList不会

3 ArrayList底层

3.1 基本结构

底层使用Object[]数组实现，成员变量如下：

private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = new Object[0];
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = new Object[0];
transient Object[] elementData;
private int size;
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = 2147483639;

默认的初始化容量为10，接下来是两个空数组，供默认构造方法以及带初始化容量的构造方法使用：

public ArrayList(int initialCapacity) {
    if (initialCapacity > 0) {
        this.elementData = new Object[initialCapacity];
    } else {
        if (initialCapacity != 0) {
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: " + initialCapacity);
        }

        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
}

public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

下面再来看一些重要方法，包括：

• add()
• remove()
• indexOf()/lastIndexOf()/contains()

3.2 add()

add()方法有四个：

• add(E e)
• add(int index,E e)
• addAll(Collection<? extends E> c)
• addAll(int index, Collection<? extends E> c

3.2.1 单一元素add()

先来看一下add(E e)以及add(int index,E eelment)：

private void add(E e, Object[] elementData, int s) {
    if (s == elementData.length) {
        elementData = this.grow();
    }

    elementData[s] = e;
    this.size = s + 1;
}

public boolean add(E e) {
    ++this.modCount;
    this.add(e, this.elementData, this.size);
    return true;
}

public void add(int index, E element) {
    this.rangeCheckForAdd(index);
    ++this.modCount;
    int s;
    Object[] elementData;
    if ((s = this.size) == (elementData = this.elementData).length) {
        elementData = this.grow();
    }

    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, s - index);
    elementData[index] = element;
    this.size = s + 1;
}

add(E e)实际调用的是一个私有方法，判断是否需要扩容之后，直接添加到末尾。而add(int index,E element)会首先检查下标是否合法，合法的话，再判断是否需要扩容，之后调用System.arraycopy对数组进行复制，最后进行赋值并将长度加1。

关于System.arraycopy，官方文档如下：

一共有5个参数：

• 第一个参数：原数组
• 第二个参数：原数组需要开始复制的位置
• 第三个参数：目标数组
• 第四个参数：复制到目标数组的开始位置
• 第五个参数：需要复制的数目

也就是说：

System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, s - index);

的作用是将原数组在index后面的元素“往后挪”，空出一个位置让index进行插入。

3.2.2 addAll()

下面来看一下两个addAll()：

public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
    Object[] a = c.toArray();
    ++this.modCount;
    int numNew = a.length;
    if (numNew == 0) {
        return false;
    } else {
        Object[] elementData;
        int s;
        if (numNew > (elementData = this.elementData).length - (s = this.size)) {
            elementData = this.grow(s + numNew);
        }

        System.arraycopy(a, 0, elementData, s, numNew);
        this.size = s + numNew;
        return true;
    }
}

public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
    this.rangeCheckForAdd(index);
    Object[] a = c.toArray();
    ++this.modCount;
    int numNew = a.length;
    if (numNew == 0) {
        return false;
    } else {
        Object[] elementData;
        int s;
        if (numNew > (elementData = this.elementData).length - (s = this.size)) {
            elementData = this.grow(s + numNew);
        }

        int numMoved = s - index;
        if (numMoved > 0) {
            System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew, numMoved);
        }

        System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
        this.size = s + numNew;
        return true;
    }
}

在第一个addAll中，首先判断是否需要扩容，接着也是直接调用目标集合添加到尾部。而在第二个addAll中，由于多了一个下标参数，处理步骤稍微多了一点：

• 首先判断下标是否合法
• 接着判断是否需要扩容
• 再计算是否需要把原来的数组元素“往后挪”，也就是if里面的System.arraycopy
• 最后把目标数组复制到指定的index位置

3.2.3 扩容

上面的add()方法都涉及到了扩容，也就是grow方法，下面来看一下：

private Object[] grow(int minCapacity) {
    return this.elementData = Arrays.copyOf(this.elementData, this.newCapacity(minCapacity));
}

private Object[] grow() {
    return this.grow(this.size + 1);
}

private int newCapacity(int minCapacity) {
    int oldCapacity = this.elementData.length;
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    if (newCapacity - minCapacity <= 0) {
        if (this.elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            return Math.max(10, minCapacity);
        } else if (minCapacity < 0) {
            throw new OutOfMemoryError();
        } else {
            return minCapacity;
        }
    } else {
        return newCapacity - 2147483639 <= 0 ? newCapacity : hugeCapacity(minCapacity);
    }
}

private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
    if (minCapacity < 0) {
        throw new OutOfMemoryError();
    } else {
        return minCapacity > 2147483639 ? 2147483647 : 2147483639;
    }
}

grow()首先通过newCapacity计算需要扩容的容量，接着调用Arrays.copyOf将旧元素复制过去，并将返回值覆盖到原来的数组。而在newCapacity中，有两个变量：

• newCapacity：新的容量，默认是旧容量的1.5倍，也就是默认扩容1.5倍
• minCapacity：最低需要的容量

如果最低容量大于等于新容量，则是如下情况之一：

• 通过默认构造初始化的数组：返回minCapacity与10的最大值
• 溢出：直接抛OOM
• 否则返回最小容量值

如果不是，则判断新容量是否达到最大值（这里有点好奇为什么不用MAX_ARRAY_SIZE，猜测是反编译的问题），如果没有到达最大值，则返回新容量，如果到达了最大值，调用hugeCapacity。

hugeCapacity同样会首先判断最小容量是否小于0，小于则抛OOM，否则将其与最大值（MAX_ARRAY_SIZE）判断，如果大于返回Integer.MAX_VALUE，否则返回MAX_ARRAY_SIZE。

3.3 remove()

remove()包含四个方法：

• remove(int index)
• remove(Object o)
• removeAll()
• removeIf()

3.3.1 单一元素remove()

也就是remove(int index)以及remove(Object o)：

public E remove(int index) {
    Objects.checkIndex(index, this.size);
    Object[] es = this.elementData;
    E oldValue = es[index];
    this.fastRemove(es, index);
    return oldValue;
}

public boolean remove(Object o) {
    Object[] es = this.elementData;
    int size = this.size;
    int i = 0;
    if (o == null) {
        while(true) {
            if (i >= size) {
                return false;
            }

            if (es[i] == null) {
                break;
            }

            ++i;
        }
    } else {
        while(true) {
            if (i >= size) {
                return false;
            }

            if (o.equals(es[i])) {
                break;
            }

            ++i;
        }
    }

    this.fastRemove(es, i);
    return true;
}

其中remove(int index)的逻辑比较简单，先检查下标合法性，然后保存需要remove的值，并调用fastRemove()进行移除，而在remove(Object o)中，直接对数组进行遍历，并判断是否存在对应的元素，如果不存在直接返回false，如果存在，调用fastRemove()，并返回true。

下面看一下fastRemove()：

private void fastRemove(Object[] es, int i) {
    ++this.modCount;
    int newSize;
    if ((newSize = this.size - 1) > i) {
        System.arraycopy(es, i + 1, es, i, newSize - i);
    }

    es[this.size = newSize] = null;
}

首先修改次数加1，然后将数组长度减1，并判断新长度是否是最后一个，如果是最后一个则不需要移动，如果不是，调用System.arraycopy将数组向前“挪”1位，最后将末尾多出来的一个值置为null。

3.3.2 removeAll()

public boolean removeAll(Collection<?> c) {
    return this.batchRemove(c, false, 0, this.size);
}

boolean batchRemove(Collection<?> c, boolean complement, int from, int end) {
    Objects.requireNonNull(c);
    Object[] es = this.elementData;

    for(int r = from; r != end; ++r) {
        if (c.contains(es[r]) != complement) {
            int w = r++;

            try {
                for(; r < end; ++r) {
                    Object e;
                    if (c.contains(e = es[r]) == complement) {
                        es[w++] = e;
                    }
                }
            } catch (Throwable var12) {
                System.arraycopy(es, r, es, w, end - r);
                w += end - r;
                throw var12;
            } finally {
                this.modCount += end - w;
                this.shiftTailOverGap(es, w, end);
            }

            return true;
        }
    }

    return false;
}

removeAll实际上调用的是batchRemove()，在batchRemove()中，有四个参数，含义如下：

• Collection<?> c：目标集合
• boolean complement：如果取值true，表示保留数组中包含在目标集合c中的元素，如果为false，表示删除数组中包含在目标集合c中的元素
• from/end：区间范围，左闭右开

所以传递的(c,false,0,this.size)表示删除数组里面在目标集合c中的元素。下面简单说一下执行步骤：

• 首先进行判空操作
• 接着找到第一符合要求的元素（这里是找到第一个需要删除的元素）
• 找到后从该元素开始继续向后查找，同时记录删除后的数组中最后一个元素的下标w
• try/catch是一种保护性行为，因为contains()在AbstractCollection的实现中，会使用Iterator，这里catch异常后仍然调用System.arraycopy，使得已经处理的元素“挪到”前面
• 最后会增加修改的次数，并调用shiftTailOverGap，该方法在后面会详解

3.3.3 removeIf()

public boolean removeIf(Predicate<? super E> filter) {
    return this.removeIf(filter, 0, this.size);
}

boolean removeIf(Predicate<? super E> filter, int i, int end) {
    Objects.requireNonNull(filter);
    int expectedModCount = this.modCount;

    Object[] es;
    for(es = this.elementData; i < end && !filter.test(elementAt(es, i)); ++i) {
    }

    if (i < end) {
        int beg = i;
        long[] deathRow = nBits(end - i);
        deathRow[0] = 1L;
        ++i;

        for(; i < end; ++i) {
            if (filter.test(elementAt(es, i))) {
                setBit(deathRow, i - beg);
            }
        }

        if (this.modCount != expectedModCount) {
            throw new ConcurrentModificationException();
        } else {
            ++this.modCount;
            int w = beg;

            for(i = beg; i < end; ++i) {
                if (isClear(deathRow, i - beg)) {
                    es[w++] = es[i];
                }
            }

            this.shiftTailOverGap(es, w, end);
            return true;
        }
    } else if (this.modCount != expectedModCount) {
        throw new ConcurrentModificationException();
    } else {
        return false;
    }
}

在removeIf中，删除符合条件的元素，首先会进行判空操作，然后找到第一个符合条件的元素下标，如果找不到（i>=end），判断是否有并发操作问题，没有的话返回false，如果i<end，也就是正式进入删除流程：

• 记录开始下标beg
• deathRow是一个标记数组，长度为(end-i-1)>>6 + 1，从beg开始如果遇到符合条件的元素就对下标进行标记（调用setBit）
• 标记后进行删除，所谓的删除其实就是把后面不符合条件的元素逐个移动到beg之后的位置上
• 调用shiftTailOverGap处理末尾的元素
• 返回true，表示存在符合条件的元素并进行了删除操作

3.3.4 shiftTailOverGap()

上面的removeAll()以及removeIf()都涉及到了shiftTailOverGap()，下面来看一下实现：

private void shiftTailOverGap(Object[] es, int lo, int hi) {
    System.arraycopy(es, hi, es, lo, this.size - hi);
    int to = this.size;

    for(int i = this.size -= hi - lo; i < to; ++i) {
        es[i] = null;
    }

}

该方法将es数组中的元素向前移动hi-lo位，并将移动之后的在末尾多出来的那部分元素置为null。

3.4 indexOf()系列

包括：

• indexOf()
• lastIndexOf()
• contains()

3.4.1 indexOf

public int indexOf(Object o) {
    return this.indexOfRange(o, 0, this.size);
}

int indexOfRange(Object o, int start, int end) {
    Object[] es = this.elementData;
    int i;
    if (o == null) {
        for(i = start; i < end; ++i) {
            if (es[i] == null) {
                return i;
            }
        }
    } else {
        for(i = start; i < end; ++i) {
            if (o.equals(es[i])) {
                return i;
            }
        }
    }

    return -1;
}

indexOf()实际上是一个包装好的方法，会调用内部的indexOfRange()进行查找，逻辑很简单，首先判断需要查找的值是否为空，如果不为空，使用equals()判断，否则使用==判断，找到就返回下标，否则返回-1。

3.4.2 contains()

contains()实际上是indexOf()的包装：

public boolean contains(Object o) {
    return this.indexOf(o) >= 0;
}

调用indexOf()方法，根据返回的下标判断是否大于等于0，如果是则返回存在，否则返回不存在。

3.4.3 lastIndexOf()

lastIndexOf()实现与indexOf()类似，只不过是从尾部开始遍历，内部调用的是lastIndexOfRange()：

public int lastIndexOf(Object o) {
    return this.lastIndexOfRange(o, 0, this.size);
}

int lastIndexOfRange(Object o, int start, int end) {
    Object[] es = this.elementData;
    int i;
    if (o == null) {
        for(i = end - 1; i >= start; --i) {
            if (es[i] == null) {
                return i;
            }
        }
    } else {
        for(i = end - 1; i >= start; --i) {
            if (o.equals(es[i])) {
                return i;
            }
        }
    }

    return -1;
}

4 LinkedList底层

4.1 基本结构

首先来看一下里面的成员变量：

transient int size;
transient LinkedList.Node<E> first;
transient LinkedList.Node<E> last;
private static final long serialVersionUID = 876323262645176354L;

一个表示长度，一个头指针和一个尾指针。

其中LinkedList.Node实现如下：

private static class Node<E> {
    E item;
    LinkedList.Node<E> next;
    LinkedList.Node<E> prev;

    Node(LinkedList.Node<E> prev, E element, LinkedList.Node<E> next) {
        this.item = element;
        this.next = next;
        this.prev = prev;
    }
}

可以看到LinkedList实际是基于双链表实现的。

下面再来看一些重要方法，包括：

• add()
• remove()
• get()

4.2 add()

add()方法包括6个：

• add(E e)
• add(int index,E e)
• addFirst(E e)
• addLast(E e)
• addAll(Collection<? extends E> c)
• addAll(int index, Collection<? extends E> c)

4.2.1 linkFirst/linkLast/linkBefore实现的add()

先看一下比较简单的四个add()：

public void addFirst(E e) {
    this.linkFirst(e);
}

public void addLast(E e) {
    this.linkLast(e);
}

public boolean add(E e) {
    this.linkLast(e);
    return true;
}

public void add(int index, E element) {
    this.checkPositionIndex(index);
    if (index == this.size) {
        this.linkLast(element);
    } else {
        this.linkBefore(element, this.node(index));
    }
}

可以看到，上面的四个add()不进行任何的添加元素操作，add()只是添加元素的封装，真正实现add操作的是linkLast()、linkFirst()和linkBefore()，这些方法顾名思义就是把元素链接到链表的末尾或者头部，或者链表某个节点的前面：

void linkLast(E e) {
    LinkedList.Node<E> l = this.last;
    LinkedList.Node<E> newNode = new LinkedList.Node(l, e, (LinkedList.Node)null);
    this.last = newNode;
    if (l == null) {
        this.first = newNode;
    } else {
        l.next = newNode;
    }

    ++this.size;
    ++this.modCount;
}

private void linkFirst(E e) {
    LinkedList.Node<E> f = this.first;
    LinkedList.Node<E> newNode = new LinkedList.Node((LinkedList.Node)null, e, f);
    this.first = newNode;
    if (f == null) {
        this.last = newNode;
    } else {
        f.prev = newNode;
    }

    ++this.size;
    ++this.modCount;
}

void linkBefore(E e, LinkedList.Node<E> succ) {
    LinkedList.Node<E> pred = succ.prev;
    LinkedList.Node<E> newNode = new LinkedList.Node(pred, e, succ);
    succ.prev = newNode;
    if (pred == null) {
        this.first = newNode;
    } else {
        pred.next = newNode;
    }

    ++this.size;
    ++this.modCount;
}

实现大体相同，一个是添加到尾部，一个是添加头部，一个是插入到前面。另外，三者在方法的最后都有如下操作：

++this.size;
++this.modCount;

第一个表示节点的个数加1，而第二个，则表示对链表的修改次数加1。

比如，在unlinkLast方法的最后，有如下代码：

--this.size;
++this.modCount;

unlinkLast操作就是移除最后一个节点，节点个数减1的同时，对链表的修改次数加1。

另一方面，通常来说链表插入操作需要找到链表的位置，但是在三个link方法里面，都看不到for循环找到插入位置的代码，这是为什么呢？

由于保存了头尾指针，linkFirst()以及linkLast()并不需要遍历找到插入的位置，但是对于linkBefore()来说，需要找到插入的位置，不过linkBefore()并没有类似“插入位置/插入下标”之类的参数，而是只有一个元素值以及一个后继节点。换句话说，这个后继节点就是通过循环得到的插入位置，比如，调用的代码如下：

this.linkBefore(element, this.node(index));

可以看到在this.node()中，传入了一个下标，并返回了一个后继节点，也就是遍历操作在该方法完成：

LinkedList.Node<E> node(int index) {
    LinkedList.Node x;
    int i;
    if (index < this.size >> 1) {
        x = this.first;

        for(i = 0; i < index; ++i) {
            x = x.next;
        }

        return x;
    } else {
        x = this.last;

        for(i = this.size - 1; i > index; --i) {
            x = x.prev;
        }

        return x;
    }
}

这里首先通过判断下标是位于“哪一边”，如果靠近头部，从头指针开始往后遍历，如果靠近尾部，从尾指针开始向后遍历。

4.2.2 遍历实现的addAll()

public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
    return this.addAll(this.size, c);
}

public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
    this.checkPositionIndex(index);
    Object[] a = c.toArray();
    int numNew = a.length;
    if (numNew == 0) {
        return false;
    } else {
        LinkedList.Node pred;
        LinkedList.Node succ;
        if (index == this.size) {
            succ = null;
            pred = this.last;
        } else {
            succ = this.node(index);
            pred = succ.prev;
        }

        Object[] var7 = a;
        int var8 = a.length;

        for(int var9 = 0; var9 < var8; ++var9) {
            Object o = var7[var9];
            LinkedList.Node<E> newNode = new LinkedList.Node(pred, o, (LinkedList.Node)null);
            if (pred == null) {
                this.first = newNode;
            } else {
                pred.next = newNode;
            }

            pred = newNode;
        }

        if (succ == null) {
            this.last = pred;
        } else {
            pred.next = succ;
            succ.prev = pred;
        }

        this.size += numNew;
        ++this.modCount;
        return true;
    }
}

首先可以看到两个addAll实际上调用的是同一个方法，步骤简述如下：

• 首先通过checkPositionIndex判断下标是否合法
• 接着把目标集合转为Object[]数组
• 进行一些特判处理，判断index的范围是插入中间，还是在末尾插入
• for循环遍历目标数组，并插入到链表中
• 修改节点长度，并返回

4.3 remove()

与add()类似，remove包括：

• remove()
• remove(int index)
• remove(Object o)
• removeFirst()
• removeLast()
• removeFirstOccurrence(Object o)
• removeLastOccurrence(Object o)

当然其实还有两个removeAll与removeIf，但实际上是父类的方法，这里就不分析了。

4.3.1 unlinkFirst()/unlinkLast()实现的remove()

remove()、removeFirst()、removeLast()实际上是通过调用unlinkFirst()/unlinkLast()进行删除的，其中remove()只是removeFirst()的一个别名：

public E remove() {
    return this.removeFirst();
}

public E removeFirst() {
    LinkedList.Node<E> f = this.first;
    if (f == null) {
        throw new NoSuchElementException();
    } else {
        return this.unlinkFirst(f);
    }
}

public E removeLast() {
    LinkedList.Node<E> l = this.last;
    if (l == null) {
        throw new NoSuchElementException();
    } else {
        return this.unlinkLast(l);
    }
}

逻辑很简单，判空之后，调用unlinkFirst()/unlinkLast()：

private E unlinkFirst(LinkedList.Node<E> f) {
    E element = f.item;
    LinkedList.Node<E> next = f.next;
    f.item = null;
    f.next = null;
    this.first = next;
    if (next == null) {
        this.last = null;
    } else {
        next.prev = null;
    }

    --this.size;
    ++this.modCount;
    return element;
}

private E unlinkLast(LinkedList.Node<E> l) {
    E element = l.item;
    LinkedList.Node<E> prev = l.prev;
    l.item = null;
    l.prev = null;
    this.last = prev;
    if (prev == null) {
        this.first = null;
    } else {
        prev.next = null;
    }

    --this.size;
    ++this.modCount;
    return element;
}

而在这两个unlink中，由于已经保存了头指针和尾指针的位置，因此两者可以直接在O(1)内进行移除操作，最后将节点长度减1，修改次数加1，并返回旧元素。

4.3.2 unlink()实现的remove()

再来看一下remove(int index)、remove(Object o)、removeFirstOccurrence(Object o)、removeLastOccurrence(Object o)：

public E remove(int index) {
    this.checkElementIndex(index);
    return this.unlink(this.node(index));
}

public boolean remove(Object o) {
    LinkedList.Node x;
    if (o == null) {
        for(x = this.first; x != null; x = x.next) {
            if (x.item == null) {
                this.unlink(x);
                return true;
            }
        }
    } else {
        for(x = this.first; x != null; x = x.next) {
            if (o.equals(x.item)) {
                this.unlink(x);
                return true;
            }
        }
    }

    return false;
}

public boolean removeFirstOccurrence(Object o) {
    return this.remove(o);
}

public boolean removeLastOccurrence(Object o) {
    LinkedList.Node x;
    if (o == null) {
        for(x = this.last; x != null; x = x.prev) {
            if (x.item == null) {
                this.unlink(x);
                return true;
            }
        }
    } else {
        for(x = this.last; x != null; x = x.prev) {
            if (o.equals(x.item)) {
                this.unlink(x);
                return true;
            }
        }
    }

    return false;
}

这几个方法实际上都是调用unlink去移除元素，其中removeFirstOccurrence(Object o)等价于remove(Object o)，先说一下remove(int index)，该方法逻辑比较简单，先检查下标合法性，再通过下标找到节点并进行unlnk。

而在remove(Object o)中，需要首先对元素的值是否为null进行判断，两个循环实际上效果等价，会移除遇到的第一个与目标值相同的元素。在removeLastOccurrence(Object o)中，代码大体一致，只是remove(Object o)从头指针开始遍历，而removeLastOccurrence(Object o)从尾指针开始遍历。

可以看到，这几个remove方法实际上是找到要删除的节点，最后调用unlink()进行删除，下面看一下unlink()：

E unlink(LinkedList.Node<E> x) {
    E element = x.item;
    LinkedList.Node<E> next = x.next;
    LinkedList.Node<E> prev = x.prev;
    if (prev == null) {
        this.first = next;
    } else {
        prev.next = next;
        x.prev = null;
    }

    if (next == null) {
        this.last = prev;
    } else {
        next.prev = prev;
        x.next = null;
    }

    x.item = null;
    --this.size;
    ++this.modCount;
    return element;
}

实现逻辑与unlinkFirst()/unlinkLast()类似，在O(1)内进行删除，里面只是一些比较简单的特判操作，最后将节点长度减1，并将修改次数加1，最后返回旧值。

4.4 get()

get方法比较简单，对外提供了三个：

• get(int index)
• getFirst()
• getLast()

其中getFirst()以及getLast()由于保存了头尾指针，特判后，直接O(1)返回：

public E getFirst() {
    LinkedList.Node<E> f = this.first;
    if (f == null) {
        throw new NoSuchElementException();
    } else {
        return f.item;
    }
}

public E getLast() {
    LinkedList.Node<E> l = this.last;
    if (l == null) {
        throw new NoSuchElementException();
    } else {
        return l.item;
    }
}

而get(int index)毫无疑问需要O(n)时间：

public E get(int index) {
    this.checkElementIndex(index);
    return this.node(index).item;
}

get(int index)判断下标后，实际上进行操作的是this.node()，由于该方法是通过下标找到对应的节点，源码前面也写上了，这里就不分析了，需要O(n)的时间。

5 总结

• ArrayList基于Object[]实现，LinkedList基于双链表实现
• ArrayList随机访问效率要高于LinkedList
• LinkedList提供了比ArrayList更多的插入方法，而且头尾插入效率要高于ArrayList
• 两者的删除元素方法并不完全相同，ArrayList提供了独有的removeIf()，而LinkedList提供了独有的removeFirstOccurrence()以及removeLastOccurrence()
• ArrayList的get()方法始终为O(1)，而LinkedList只有getFirst()/getLast()为O(1)
• ArrayList中的两个核心方法是grow()以及System.arraycopy，前者是扩容方法，默认为1.5倍扩容，后者是复制数组方法，是一个native方法，插入、删除等等操作都需要使用
• LinkedList中很多方法需要对头尾进行特判，创建比ArrayList简单，无须初始化，不涉及扩容问题

6 附录：关于插入与删除的一个实验

关于插入与删除，通常认为LinkedList的效率要比ArrayList高，但实际上并不是这样，下面是一个测试插入与删除时间的小实验。

相关说明：

• 测试次数：1000次
• 数组长度：4000、40w、4000w
• 测试数组：随机生成
• 插入与删除下标：随机生成
• 结果值：插入与删除1000次的平均时间

代码：

import java.util.*;
import java.util.stream.Collectors;
import java.util.stream.Stream;

public class Main {
    public static void main(String[] args){
        int len = 40_0000;
        Random random = new Random();
        List<Integer> list = Stream.generate(random::nextInt).limit(len).collect(Collectors.toList());
        LinkedList<Integer> linkedList = new LinkedList<>(list);
        ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<>(list);

        long start;
        long end;

        double linkedListTotalInsertTime = 0.0;
        double arrayListTotalInsertTime = 0.0;

        int testTimes = 1000;
        for (int i = 0; i < testTimes; i++) {
            int index = random.nextInt(len);
            int element = random.nextInt();
            start = System.nanoTime();
            linkedList.add(index,element);
            end = System.nanoTime();
            linkedListTotalInsertTime += (end-start);

            start = System.nanoTime();
            arrayList.add(index,element);
            end = System.nanoTime();
            arrayListTotalInsertTime += (end-start);
        }
        System.out.println("LinkedList average insert time:"+linkedListTotalInsertTime/testTimes+" ns");
        System.out.println("ArrayList average insert time:"+arrayListTotalInsertTime/testTimes + " ns");

        linkedListTotalInsertTime = arrayListTotalInsertTime = 0.0;

        for (int i = 0; i < testTimes; i++) {
            int index = random.nextInt(len);
            start = System.nanoTime();
            linkedList.remove(index);
            end = System.nanoTime();
            linkedListTotalInsertTime += (end-start);

            start = System.nanoTime();
            arrayList.remove(index);
            end = System.nanoTime();
            arrayListTotalInsertTime += (end-start);
        }
        System.out.println("LinkedList average delete time:"+linkedListTotalInsertTime/testTimes+" ns");
        System.out.println("ArrayList average delete time:"+arrayListTotalInsertTime/testTimes + " ns");
    }
}

在数组长度为4000的时候，输出如下：

LinkedList average insert time:4829.938 ns
ArrayList average insert time:745.529 ns
LinkedList average delete time:3142.988 ns
ArrayList average delete time:1703.76 ns

而在数组长度40w的时候（参数-Xmx512m -Xms512m），输出如下：

LinkedList average insert time:126620.38 ns
ArrayList average insert time:25955.014 ns
LinkedList average delete time:119281.413 ns
ArrayList average delete time:25435.593 ns

而将数组长度调到4000w（参数-Xmx16g -Xms16g），时间如下：

LinkedList average insert time:5.6048377238E7 ns
ArrayList average insert time:2.5303627956E7 ns
LinkedList average delete time:5.4753230158E7 ns
ArrayList average delete time:2.5912990133E7 ns

虽然这个实验有一定的局限性，但也是证明了ArrayList的插入以及删除性能并不会比LinkedList差。实际上，通过源码（看下面分析）可以知道，ArrayList插入以及删除的主要耗时在于System.arraycopy，而LinkedList主要耗时在于this.node()，实际上两者需要的都是O(n)时间。

至于为什么ArrayList的插入和删除速度要比LinkedList快，笔者猜测，是System.arraycopy的速度快于LinkedList中的for循环遍历速度，因为LinkedList中找到插入/删除的位置是通过this.node()，而该方法是使用简单的for循环实现的（当然底层是首先判断是位于哪一边，靠近头部的话从头部开始遍历，靠近尾部的话从尾部开始遍历）。相对于System.arraycopy的原生C++方法实现，可能会慢于C++，因此造成了速度上的差异。

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