LinkedList插入元素一定比ArrayList快吗

在选择数据结构的时候，我们通常会考虑每种数据结构不同操作的时间复杂度，以及使用场景两个因素。

对于数组，随机元素访问的时间复杂度是 O(1)，元素插入操作是 O(n)；

对于链表，随机元素访问的时间复杂度是 O(n)，元素插入操作是 O(1)。

那么，在大量的元素插入、很少的随机访问的业务场景下，是不是就应该使用 LinkedList 呢？接下来，我们写一段代码测试下两者随机访问和插入的性能吧。

我们定义下面几个方法，分别为随机访问LinkedList数组和ArrayList数组，往LinkedList和ArrayList中随机插入元素。

    private static void linkedListGet(int elementCount, int loopCount) {List<Integer> list = IntStream.rangeClosed(1, elementCount).boxed().collect(Collectors.toCollection(LinkedList::new));IntStream.rangeClosed(1, loopCount).forEach(i -> list.get(ThreadLocalRandom.current().nextInt(elementCount)));}
private static void arrayListGet(int elementCount, int loopCount) {List<Integer> list = IntStream.rangeClosed(1, elementCount).boxed().collect(Collectors.toCollection(ArrayList::new));IntStream.rangeClosed(1, loopCount).forEach(i -> list.get(ThreadLocalRandom.current().nextInt(elementCount)));}
private static void linkedListAdd(int elementCount, int loopCount) {List<Integer> list = IntStream.rangeClosed(1, elementCount).boxed().collect(Collectors.toCollection(LinkedList::new));IntStream.rangeClosed(1, loopCount).forEach(i -> list.add(ThreadLocalRandom.current().nextInt(elementCount), 1));}
private static void arrayListAdd(int elementCount, int loopCount) {List<Integer> list = IntStream.rangeClosed(1, elementCount).boxed().collect(Collectors.toCollection(ArrayList::new));IntStream.rangeClosed(1, loopCount).forEach(i -> list.add(ThreadLocalRandom.current().nextInt(elementCount), 1));}

测试一下：

我们定义一个10万元素的数组，然后测试访问时间和插入时间，结果如下：

StopWatch '': running time = 4827155600 ns
---------------------------------------------
ns         %     Task name
---------------------------------------------
4808820500  100%  linkedListGet
018335100  000%  arrayListGet

StopWatch '': running time = 28181287000 ns
---------------------------------------------
ns         %     Task name
---------------------------------------------
27238759200  097%  linkedListAdd
942527800  003%  arrayListAdd

可以很明显的看到ArrayList无论是随机访问，还是随机插入，所需的时间都遥遥领先于LinkedList。

翻看 LinkedList 源码发现，插入操作的时间复杂度是 O(1) 的前提是，你已经有了那个要插入节点的指针。但，在实现的时候，我们需要先通过循环获取到那个节点的 Node，然后再执行插入操作。前者也是有开销的，不可能只考虑插入操作本身的代价：

public void add(int index, E element) {checkPositionIndex(index);
if (index == size)linkLast(element);elselinkBefore(element, node(index));
}

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;}
}

所以，对于插入操作，LinkedList 的时间复杂度其实也是 O(n)。继续做更多实验的话你会发现，在各种常用场景下，LinkedList 几乎都不能在性能上胜出 ArrayList。

我们继续测试一下在尾部插入元素：

    private static void linkedListAddLast(int elementCount, int loopCount) {List<Integer> list = IntStream.rangeClosed(1, elementCount).boxed().collect(Collectors.toCollection(LinkedList::new));IntStream.rangeClosed(1, loopCount).forEach(i -> list.add(ThreadLocalRandom.current().nextInt(elementCount)));}
private static void arrayListAddLast(int elementCount, int loopCount) {List<Integer> list = IntStream.rangeClosed(1, elementCount).boxed().collect(Collectors.toCollection(ArrayList::new));IntStream.rangeClosed(1, loopCount).forEach(i -> list.add(ThreadLocalRandom.current().nextInt(elementCount)));}

测试参数还是同上，测试结果如下：

StopWatch '': running time = 95097500 ns
---------------------------------------------
ns         %     Task name
---------------------------------------------
078869800  083%  linkedListAddLast
016227700  017%  arrayListAddLast

我们继续测试一下在头部插入元素：

    private static void linkedListAddFirst(int elementCount, int loopCount) {LinkedList<Integer> list = IntStream.rangeClosed(1, elementCount).boxed().collect(Collectors.toCollection(LinkedList::new));IntStream.rangeClosed(1, loopCount).forEach(i -> list.addFirst(ThreadLocalRandom.current().nextInt(elementCount)));}
private static void arrayListAddFirst(int elementCount, int loopCount) {List<Integer> list = IntStream.rangeClosed(1, elementCount).boxed().collect(Collectors.toCollection(ArrayList::new));IntStream.rangeClosed(1, loopCount).forEach(i -> list.add(0, ThreadLocalRandom.current().nextInt(elementCount)));}

这次的测试结果如下：

StopWatch '': running time = 1832579700 ns
---------------------------------------------
ns         %     Task name
---------------------------------------------
087754700  005%  linkedListAddFirst
1744825000  095%  arrayListAddFirst

总结：

ArrayList在大部分时候的性能都明显要强于LinkedList。即使是对于增删少查询多这一场景。LinkedList只有在头部插入元素的时候，性能会明显优于ArrayList。

LinkedList并没有想象中的那么好用，使用需谨慎。

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