LinkedList的局限

  java.util.linkedlist是双向链表，这个大家都知道，比如java的基础面试题喜欢问arraylist和linkedlist的区别，在什么场景下用。大家都会说linkedlist随机增删多的场景比较合适，而arraylist的随机访问多的场景比较合适。更进一步，我有时候会问，linkedlist.remove(object)方法的时间复杂度是什么？有的人回答对了，有的人回答错了。回答错的应该是没有读过源码。

    理论上说，双向链表的删除的时间复杂度是o(1)，你只需要将要删除的节点的前节点和后节点相连，然后将要删除的节点的前节点和后节点置为null即可，

//伪代码

node.prev.next=node.next;

node.next.prev=node.prev;

node.prev=node.next=null;

这个操作的时间复杂度可以认为是o(1)级别的。但是linkedlist的实现是一个通用的数据结构，因此没有暴露内部的节点entry对象，remove(object)传入的object其实是节点存储的value，这里还需要一个查找过程：

  public boolean remove(object o) {

        if (o==null) {

            for (entry<e> e = header.next; e != header; e = e.next) {

                if (e.element==null) {

                    remove(e);

                    return true;

                }

            }

        } else {

            //查找节点entry

                if (o.equals(e.element)) {

                    //删除节点

        }

        return false;

    }

    删除节点的操作就是刚才伪代码描述的：

   private e remove(entry<e> e) {

        e result = e.element;

    e.previous.next = e.next;

    e.next.previous = e.previous;

        e.next = e.previous = null;

        e.element = null;

    size--;

    modcount++;

        return result;

    因此，显然，linkedlist.remove(object)方法的时间复杂度是o(n)+o(1)，结果仍然是o(n)的时间复杂度,而非推测的o(1)复杂度。最坏情况下要删除的元素是最后一个，你都要比较n-1次才能找到要删除的元素。

    既然如此，说linkedlist适合随机删减有个前提，链表的大小不能太大，如果链表元素非常多，调用remove(object)去删除一个元素的效率肯定有影响，一个简单测试，插入100万数据，随机删除1000个元素：

        final list<integer> list = new linkedlist<integer>();

        final int count = 1000000;

        for (int i = 0; i < count; i++) {

            list.add(i);

        final random rand=new random();

        long start=system.nanotime();

        for(int i=0;i<1000;i++){

            //这里要强制转型为integer，否则调用的是remove(int)

            list.remove((integer)rand.nextint(count));

        system.out.println((system.nanotime()-start)/math.pow(10, 9));

    在我的机器上耗时近9.5秒，删除1000个元素耗时9.5秒，是不是很恐怖？注意到上面的注释，产生的随机数强制转为integer对象，否则调用的是remove(int)方法，而非remove(object)。如果我们调用remove(int)根据索引来删除:

            list.remove(rand.nextint(list.size()-1));

    随机数范围要递减，防止数组越界，换成remove(int)效率提高不少，但是仍然需要2.2秒左右（包括了随机数产生开销）。这是因为remove(int)的实现很有技巧，它首先判断索引位置在链表的前半部分还是后半部分，如果是前半部分则从head往前查找，如果在后半部分，则从head往后查找（linkedlist的实现是一个环）：

        entry<e> e = header;

        if (index < (size >> 1)) {

            //前一半，往前找

            for (int i = 0; i <= index; i++)

                e = e.next;

            //后一半，往后找

            for (int i = size; i > index; i--)

                e = e.previous;

     最坏情况下要删除的节点在中点左右，查找的次数仍然达到n/2次，但是注意到这里没有比较的开销，并且比remove(object)最坏情况下n次查找还是好很多。

    总结下，linkedlist的两个remove方法，remove(object)和remove(int)的时间复杂度都是o(n)，在链表元素很多并且没有索引可用的情况下，linkedlist也并不适合做随机增删元素。在对性能特别敏感的场景下，还是需要自己实现专用的双向链表结构，真正实现o(1)级别的随机增删。更进一步，jdk5引入的concurrentlinkedqueue是一个非阻塞的线程安全的双向队列实现，同样有本文提到的问题，有兴趣可以测试一下在大量元素情况下的并发随机增删，效率跟自己实现的特定类型的线程安全的链表差距是惊人的。

    题外，arraylist比linkedlist更不适合随机增删的原因是多了一个数组移动的动作，假设你删除的元素在m，那么除了要查找m次之外，还需要往前移动n-m-1个元素。

文章转自庄周梦蝶  ，原文发布时间 2010-09-16