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	ArrayList	LinkedList
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	ArrayList	LinkedList
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。