数据结构:用实例分析ArrayList与LinkedList的读写性能
背景
ArrayList与LinkedList是Java编程中经常会用到的两种基本数据结构，在书本上一般会说明以下两个特点：
- 对于需要快速随机访问元素，应该使用ArrayList。
- 对于需要快速插入，删除元素，应该使用LinkedList。
该文通过实际的例子分析这两种数据的读写性能。
ArrayList
ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构：
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
...
transient Object[] elementData;
...
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}
LinkedList
LinkedList是基于链表的数据结构。
private static class Node<E> {
E item;
Node<E> next;
Node<E> prev;
Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}
...
transient Node<E> first;
transient Node<E> last;
...
private void linkFirst(E e) {
final Node<E> f = first;
final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
first = newNode;
if (f == null)
last = newNode;
else
f.prev = newNode;
size++;
modCount++;
}
实例分析
- 通过对两个数据结构分别增加、插入、遍历进行读写性能分析
1、增加数据
public class ArrayListAndLinkList {
public final static int COUNT=100000;
public static void main(String[] args) {
// ArrayList插入
SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss:SSS");
Long start = System.currentTimeMillis();
System.out.println("ArrayList插入开始时间：" + sdf.format(start));
ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < COUNT; i++) {
arrayList.add(i);
}
Long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("ArrayList插入结束时间：" + sdf.format(end));
System.out.println("ArrayList插入" + (end - start) + "毫秒");
// LinkedList插入
start = System.currentTimeMillis();
System.out.println("LinkedList插入开始时间：" + sdf.format(start));
LinkedList<Integer> linkedList = new LinkedList<>();
for (int i = 0; i < COUNT; i++) {
linkedList.add(i);
}
end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("LinkedList插入结束时间：" + sdf.format(end));
System.out.println("LinkedList插入结束时间" + (end - start) + "毫秒");
}
}
输出如下：
两者写入的性能相差不大！
2、插入数据
在原有增加的数据上，在index:100的位置上再插入10万条数据。
public class ArrayListAndLinkList {
public final static int COUNT=100000;
public static void main(String[] args) {
// ArrayList插入
SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss:SSS");
Long start = System.currentTimeMillis();
System.out.println("ArrayList插入开始时间：" + sdf.format(start));
ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < COUNT; i++) {
arrayList.add(i);
}
for (int i = 0; i < COUNT; i++) {
arrayList.add(100,i);
}
Long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("ArrayList插入结束时间：" + sdf.format(end));
System.out.println("ArrayList插入" + (end - start) + "毫秒");
// LinkedList插入
start = System.currentTimeMillis();
System.out.println("LinkedList插入开始时间：" + sdf.format(start));
LinkedList<Integer> linkedList = new LinkedList<>();
for (int i = 0; i < COUNT; i++) {
linkedList.add(i);
}
for (int i = 0; i < COUNT; i++) {
linkedList.add(100,i);
}
end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("LinkedList插入结束时间：" + sdf.format(end));
System.out.println("LinkedList插入结束时间" + (end - start) + "毫秒");
}
}
输出如下：
ArrayList的性能明显比LinkedList的性能差了很多。
看下原因：
ArrayList的插入源码：
public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index);
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}
ArrayList的插入原理：在index位置上插入后，在index后续的数据上需要做逐一复制。
LinkedList的插入源码：
public void add(int index, E element) {
checkPositionIndex(index);
if (index == size)
linkLast(element);
else
linkBefore(element, node(index));
}
...
void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
// assert succ != null;
final Node<E> pred = succ.prev;
final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
succ.prev = newNode;
if (pred == null)
first = newNode;
else
pred.next = newNode;
size++;
modCount++;
}
LinkedList的插入原理：在原来相互链接的两个节点（Node）断开，把新的结点插入到这两个节点中间，根本不存在复制这个过程。
3、遍历数据
在增加和插入的基础上，利用get方法进行遍历。
public class ArrayListAndLinkList {
public final static int COUNT=100000;
public static void main(String[] args) {
// ArrayList插入
SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss:SSS");
Long start = System.currentTimeMillis();
System.out.println("ArrayList插入开始时间：" + sdf.format(start));
ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < COUNT; i++) {
arrayList.add(i);
}
for (int i = 0; i < COUNT; i++) {
arrayList.add(100,i);
}
Long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("ArrayList插入结束时间：" + sdf.format(end));
System.out.println("ArrayList插入" + (end - start) + "毫秒");
// LinkedList插入
start = System.currentTimeMillis();
System.out.println("LinkedList插入开始时间：" + sdf.format(start));
LinkedList<Integer> linkedList = new LinkedList<>();
for (int i = 0; i < COUNT; i++) {
linkedList.add(i);
}
for (int i = 0; i < COUNT; i++) {
linkedList.add(100,i);
}
end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("LinkedList插入结束时间：" + sdf.format(end));
System.out.println("LinkedList插入结束时间" + (end - start) + "毫秒");
// ArrayList遍历
start = System.currentTimeMillis();
System.out.println("ArrayList遍历开始时间：" + sdf.format(start));
for (int i = 0; i < 2*COUNT; i++) {
arrayList.get(i);
}
end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("ArrayList遍历开始时间：" + sdf.format(end));
System.out.println("ArrayList遍历开始时间" + (end - start) + "毫秒");
// LinkedList遍历
start = System.currentTimeMillis();
System.out.println("LinkedList遍历开始时间：" + sdf.format(start));
for (int i = 0; i < 2*COUNT; i++) {
linkedList.get(i);
}
end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("LinkedList遍历开始时间：" + sdf.format(end));
System.out.println("LinkedList遍历开始时间" + (end - start) + "毫秒");
}
}
输出如下：
两者的差异巨大：
我们看一下LInkedList的get方法：从头遍历或从尾部遍历结点
public E get(int index) {
checkElementIndex(index);
return node(index).item;
}
...
Node<E> node(int index) {
// assert isElementIndex(index);
if (index < (size >> 1)) {
Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else {
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}
3.1、LinkedList遍历改进
我们采用迭代器对LinkedList的遍历进行改进：
...
// LinkedList遍历
start = System.currentTimeMillis();
System.out.println("LinkedList遍历开始时间：" + sdf.format(start));
Iterator<Integer> iterator = linkedList.iterator();
while(iterator.hasNext()){
iterator.next();
}
end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("LinkedList遍历开始时间：" + sdf.format(end));
System.out.println("LinkedList遍历开始时间" + (end - start) + "毫秒");
再看下结果：
两者的遍历性能接近。
总结
- List使用首选ArrayList。对于个别插入删除非常多的可以使用LinkedList。
- LinkedList，遍历建议使用Iterator迭代器，尤其是数据量较大时LinkedList避免使用get遍历。
