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As duas formas fornecidas pela classe ArrayList são:

meuArrayList.remove(indice);

Onde indice é a posição do elemento na lista ou:

meuArrayList.remove(elemento);

Onde elemento é uma ocorrência exata de algum elemento que esteja na lista.

Observação: a segunda forma só funcionará corretamente se sua lista for de algum tipo nativo do java(como String, Integer, etc...), se você criar objetos próprios, este método só funcionará corretamente se sobrescrever o método equals(). Nesta resposta explica como fazer isso de forma correta.

Segundo o código fonte dos métodos remove(index) e remove(Element), pode-se perceber que a primeira opção não percorre toda a lista, removendo diretamente no índice do elemento, enquanto a segunda vai percorrer até encontrar a primeira ocorrência do elemento passado para remover.

Segue o código para testarmos a diferença:

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListRemocaoTest {
    
    public static void main(String[] args) {
        
        System.out.println("- Removendo o primeiro item/indice");       
        executarTeste("0");
        System.out.println();
        System.out.println("- Removendo um item/indice intermediario");
        executarTeste("5000");
        System.out.println();
        System.out.println("- Removendo o ultimo item/indice");
        executarTeste("9999");
        
    }

    private static void executarTeste(String valueIndex) {
        
        ArrayList<String> array1 = new ArrayList<>(10000);
        ArrayList<String> array2 = new ArrayList<>(10000);
        
        for(int i = 0; i < 10000; i++){
            array1.add(i+"");
            array2.add(i+"");
        }

        int indice = Integer.valueOf(valueIndex);
        
        long startTime = System.nanoTime();
        array1.remove(indice);
        long endTime = System.nanoTime();

        double duration1 = (endTime - startTime)/1000000d;
        
        System.out.println("Tempo de remoção do remove(index)(ms): " + String.format("%.3f", duration1));       
        
        startTime = System.nanoTime();
        array2.remove(valueIndex);
        endTime = System.nanoTime();

        double duration2 = (endTime - startTime)/1000000d;
        
        System.out.println("Tempo de remoção do remove(Element)(ms): " + String.format("%.3f", duration2));
        
        System.out.println("Diferença de tempo entre as duas formas: " + String.format("%.3f", (duration2-duration1)));
    }

}

No código acima há 3 testes que fiz utilizando a IDE eclipse, com duas listas com tamanho de 10.000 itens(o código pode ser testado no ideone). Os testes são os seguintes:

  • remover o primeiro elemento das listas com os dois métodos;
  • remover um elemento intermediário(como o indice 5000) das listas com os dois métodos;
  • remover o ultimo elemento das listas com os dois métodos;

E os resultados da execução foram:

- Removendo o primeiro item/indice
Tempo de remoção do remove(index)(ms): 0,022
Tempo de remoção do remove(Element)(ms): 0,036
Diferença de tempo entre as duas formas: 0,014

- Removendo um item/indice intermediario
Tempo de remoção do remove(index)(ms): 0,014
Tempo de remoção do remove(Element)(ms): 0,673
Diferença de tempo entre as duas formas: 0,659

- Removendo o ultimo item/indice
Tempo de remoção do remove(index)(ms): 0,035
Tempo de remoção do remove(Element)(ms): 1,339
Diferença de tempo entre as duas formas: 1,304

Perceba que nos três testes, remover pelo índice foi mais rápido, mas a diferença de tempo é quase irrisória. O resultado varia a cada execução, mas pode-se perceber uma pequena diferença entre ambos.

O que realmente impacta nos valores dos testes é que em ambas as formas de remoção, é criada uma cópia da lista, onde o índice que vai ser removido da lista é movido para ultima posição, e depois é aplicado null nesta posição, deixando o Garbage Collector fazer o restante.

Dependendo do uso dos recursos do hardware compartilhados nesse momento de cópia da lista, ainda mais se for uma lista de tamanho grande como a do teste acima, afetará o tempo do teste para mais ou para menos tempo. Se não quiser este comportamento, talvez o ideal é utilizar uma LinkedList.

user28595