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一、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與核心特性

1. ArrayList

  • 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):基于動(dòng)態(tài)數(shù)組實(shí)現(xiàn),元素存儲(chǔ)在連續(xù)內(nèi)存中。
  • 核心特性:
    – 通過索引隨機(jī)訪問元素,時(shí)間復(fù)雜度 O (1)。
    – 擴(kuò)容機(jī)制:容量不足時(shí)新建數(shù)組(原容量的 1.5 倍)并復(fù)制元素。
    – 尾部添加 / 刪除效率高(O (1)),中間操作需移動(dòng)元素(O (n))。
    – 不直接支持 poll/offer,需借助 ArrayDeque 或 LinkedList 包裝。

2. LinkedList

  • 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):雙向鏈表,每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含前驅(qū)、后繼指針和元素值。
  • 核心特性:
    – 任意位置插入 / 刪除僅需修改指針(O (1)),但隨機(jī)訪問需遍歷(O (n))。
    – 實(shí)現(xiàn) Deque 接口,原生支持 poll/offer 等隊(duì)列操作。
    – 無容量限制,節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存,內(nèi)存占用高于 ArrayList。

二、核心方法對(duì)比

操作類型ArrayListLinkedList
構(gòu)造new ArrayList<>()(初始容量 10)new LinkedList<>()
添加元素add(E e)(尾部,O(1))
add(index, e)(中間,O(n))
add(e)(尾部,O(1))
addFirst(e) / addLast(e)(O(1))
刪除元素remove(index)(O(n))removeFirst() / removeLast()(O(1))
隨機(jī)訪問get(index)(O(1))get(index)(O(n),需遍歷鏈表)
隊(duì)列操作(poll)需包裝為 ArrayDeque,本質(zhì)數(shù)組操作poll()(取頭部,O(1))
pollFirst() / pollLast()(O(1))
隊(duì)列操作(offer)需包裝為 ArrayDeque,尾部添加 O(1)offer(e)(尾部,O(1))
offerFirst(e) / offerLast(e)(O(1))

三、poll 和 offer 方法詳解

1. 方法定義與功能

  • poll():獲取并移除集合頭部元素,空集合返回 null(區(qū)別于 remove() 的異常)。
  • offer(E e):添加元素到集合,成功返回 true(LinkedList 無容量限制,始終成功)。

2. LinkedList 中的隊(duì)列操作

LinkedList<String> deque = new LinkedList<>();
// 添加元素
deque.offer("A");       // 尾部添加,等價(jià)于 addLast()
deque.offerFirst("B");  // 頭部添加
deque.offerLast("C");   // 尾部添加,等價(jià)于 offer()// 獲取并移除元素
String head = deque.poll();      // 取頭部("B"),隊(duì)列變?yōu)?["A", "C"]
String tail = deque.pollLast();  // 取尾部("C"),隊(duì)列變?yōu)?["A"]// 空集合處理
String empty = deque.poll(); // 返回 null,不拋異常

3. ArrayList 實(shí)現(xiàn)隊(duì)列操作(需適配器)

// 推薦方式:使用 ArrayDeque 包裝 ArrayList
Deque<Integer> queue = new ArrayDeque<>(Arrays.asList(1, 2, 3));
queue.offer(4);   // 尾部添加,隊(duì)列變?yōu)?[1,2,3,4]
int first = queue.poll(); // 取頭部(1),隊(duì)列變?yōu)?[2,3,4]// 不推薦方式:用 LinkedList 包裝 ArrayList(性能差)
Queue<Integer> arrayListQueue = new LinkedList<>(new ArrayList<>());
arrayListQueue.offer(5); // 內(nèi)部通過鏈表添加,非數(shù)組直接操作

四、性能與適用場景

1. 性能對(duì)比

操作ArrayListLinkedList
尾部添加O(1)O(1)
中間插入O(n) (移動(dòng)元素)O(1) (修改指針)
隨機(jī)訪問O(1)O(n) (遍歷鏈表)
poll/offer 頭部需適配器,O(1)O(1)

2. 適用場景

  • 選 ArrayList 的場景:
    • 頻繁隨機(jī)訪問(如 get(index))。
    • 尾部添加 / 刪除為主(如日志記錄)。
    • 數(shù)據(jù)量可預(yù)測,避免頻繁擴(kuò)容。
  • 選 LinkedList 的場景:
    • 頻繁在頭部 / 中間插入 / 刪除(如任務(wù)隊(duì)列)。
    • 需要使用 poll/offer 等雙端隊(duì)列操作。
    • 數(shù)據(jù)量不確定,不希望有擴(kuò)容開銷。

五、代碼示例:綜合應(yīng)用

import java.util.ArrayList;
import java.util.Deque;
import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;public class ListComparison {public static void main(String[] args) {// === ArrayList 作為普通列表 ===ArrayList<String> arrayList = new ArrayList<>();arrayList.add("蘋果");arrayList.add("香蕉");System.out.println("ArrayList 隨機(jī)訪問:" + arrayList.get(1)); // 輸出:香蕉// === LinkedList 作為隊(duì)列 ===Queue<String> taskQueue = new LinkedList<>();taskQueue.offer("數(shù)據(jù)采集");taskQueue.offer("模型訓(xùn)練");System.out.println("隊(duì)列處理順序:");while (!taskQueue.isEmpty()) {System.out.println("- " + taskQueue.poll()); // 按添加順序輸出}// === LinkedList 作為棧 ===Deque<String> stack = new LinkedList<>();stack.offerFirst("HTML");stack.offerFirst("CSS");stack.offerFirst("JavaScript");System.out.println("\n棧彈出順序:");while (!stack.isEmpty()) {System.out.println("- " + stack.pollFirst()); // 后入先出}// === ArrayList 實(shí)現(xiàn)隊(duì)列(借助 ArrayDeque)===Deque<Integer> arrayQueue = new ArrayDeque<>(Arrays.asList(10, 20));arrayQueue.offer(30); // 尾部添加System.out.println("\nArrayDeque 包裝 ArrayList 隊(duì)列:");while (!arrayQueue.isEmpty()) {System.out.println("- " + arrayQueue.poll()); // 10, 20, 30}}
}

六、總結(jié)與注意事項(xiàng)

1. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)決定性能:

  • ArrayList 適合 “讀多寫少” 場景,尤其隨機(jī)訪問頻繁時(shí)。
  • LinkedList 適合 “寫多讀少” 場景,尤其需要隊(duì)列 / 棧操作時(shí)。

2. 隊(duì)列操作的最佳實(shí)踐:

  • 優(yōu)先使用 LinkedList 或 ArrayDeque 實(shí)現(xiàn)隊(duì)列 / 棧,而非包裝 ArrayList。
  • ArrayDeque 的性能通常優(yōu)于 LinkedList,因數(shù)組連續(xù)存儲(chǔ)減少內(nèi)存跳轉(zhuǎn)。

3. 線程安全:

  • 兩者均非線程安全,多線程環(huán)境需用 Collections.synchronizedList() 包裝或使用 CopyOnWriteArrayList。

通過理解兩者的底層實(shí)現(xiàn)與方法特性,可根據(jù)業(yè)務(wù)場景(如數(shù)據(jù)訪問模式、操作頻率)選擇更合適的集合類,優(yōu)化程序效率。

http://www.risenshineclean.com/news/55302.html

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