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首先上一张集合的继承图

在这里插入图片描述

ArrayList

定义一个数组，只需指定一个长度即可。然后就可以通过变量名+索引（或者说下标）的形式访问数组元素了，下标不能超过数组长度，否则就会发生索引越界异常。

比如数组a，长度是10，那么第一个元素就是a[0]，最后一个就是a[9]。想访问哪个元素只要指定下标就可以了。像这种可以随意访问任何元素的，有个专用名词叫做随机访问。

那我们来看下它在内存中是如何分布的，才支持随机访问。其实数组在内存中是一段连续的空间，你可以把它想象成一个梯子，一个格子紧挨着一个格子。

数组名，也就是这个a，指向了这个空间的起始处地址，也就是数组的第一个元素的地址，所以其实和a[0]指向的是同一个地方。但a和a[0]的含义不一样，a表示内存地址，a[0]表示这个地址上存的元素。

这里的下标0其实指的是相对于起始处地址的偏移量。0表示没有偏移，所以就是起始处地址的那个元素，也即第一个元素。

a[1]表示相对于起始处地址偏移量为1的那个元素，实际可以认为底层执行的是*(a + 1)。a+1表示从起始地址开始向后偏移1个之后的地址，那么*(星号)的意思就是取出那个地址上存储的元素。因为向后偏移了1个，其实就是第二个，所以a[1]叫取出数组的第二个元素。

因数组在内存中是一段连续的空间，所以不管访问哪个元素都是这两步，加上偏移量，然后取数据。这就是它支持随机访问的原因。说白了就是所有元素按顺序挨在了一起。

也可以看出来，不管数组的长度是多长，访问元素的方式都是这两步，都在常量的时间内完成。所以按索引访问数组元素的时间复杂度就是O(1)。

ArrayList只不过是对数组的包装，因为数组在内存中分配时必须指定长度，且一旦分配好后便无法再增加长度，即不可能在原数组后面再接上一段的。

ArrayList之所以可以一直往里添加，是因为它内部做了处理。当底层数组填满后，它会再分配一个更大的新的数组，把原数组里的元素拷贝过来，然后把原数组抛弃掉。使用新的数组作为底层数组来继续存储。

LinkedList也实现了List接口，也可以按索引访问元素，表面上用起来感觉差不多，但是其底层却有天壤之别。

与数组一下子分配好指定长度的空间备用不同，链表不会预先分配空间。而是在每次添加一个元素时临时专门为它自己分配一个空间。

因为内存空间的分配是由操作系统完成的，可以说每次分配的位置都是随机的，并没有确定的规律。所以说链表的每个元素都在完全不同的内存地址上，那我们该如何找到它们呢？

唯一的做法就是把每个元素的内存地址都要保存起来。怎么保存呢？那就让上一个元素除了存储具体的数据之外，也存储一份下一个元素在内存中的地址。

整个就像前后按顺序依次相连的一条链，我们只要保存第一个元素的内存地址，就可以顺藤摸瓜找到所有的元素。

这其实就像一个挖宝藏游戏，假设共10步，告诉你第一步去哪里挖。然后挖出一个字条，上面写着第二步去哪里挖。依次这样挖下去。第九步挖出字条后才知道宝藏的位置，然后第十步就把它挖出来了。

可见为了得到宝藏必须这样一步一步挖下去。中间的任何一步都不能跳过，因为第十步宝藏的位置在第九步里放着呢，第九步的位置在第八步里放着呢，依次倒着下来就到了第一步的位置，而第一步的位置已经告诉你了。

所以数组更像是康庄大道、四平八稳。链表更像是曲径通幽、人迹罕至。一个像探险，步步为营。一个像回家，轻车熟路。

可见按索引访问链表元素时，必须从头一个个遍历，而且链表越长，位置越靠后，所需花费的时间就越长。所以按索引访问链表元素的时间复杂度就是O(n)，n为链表的长度。

也说明了链表不支持随机访问。所以ArrayList就实现了RandomAccess（随机访问）接口，而LInkedList就没有。