Java列表對象的性能分析和測試 
（加入日期:2002-1-15 點擊數:963）
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仙人掌工作室

SDK提供了有序集合接口java.util.List的幾種實現，其中三種最為人們熟知的是Vector、ArrayList和LinkedList。有關這些List類的性能差別是一個經常被問及的問題。在這篇文章中，我要探討的就是LinkedList和Vector/ArrayList之間的性能差異。

為全面分析這些類之間的性能差異，我們必須知道它們的實現方法。因此，接下來我首先從性能的角度出發，簡要介紹這些類的實現特點。

一、Vector和ArrayList的實現
Vector和ArrayList都帶有一個底層的Object[]數組，這個Object[]數組用來保存元素。通過索引訪問元素時，只需簡單地通過索引訪問內部數組的元素：
public Object get(int index)
{ //首先檢查index是否合法...此處不顯示這部分代碼 return
elementData[index]; }



內部數組可以大于Vector/ArrayList對象擁有元素的數量，兩者的差值作為剩余空間，以便實現快速添加新元素。有了剩余空間，添加元素變得非常簡單，只需把新的元素保存到內部數組中的一個空余的位置，然后為新的空余位置增加索引值：
public boolean add(Object o)
{ ensureCapacity(size + 1); //稍后介紹 elementData[size++] = o; return true;
//List.add(Object) 的返回值 }


把元素插入集合中任意指定的位置（而不是集合的末尾）略微復雜一點：插入點之上的所有數組元素都必須向前移動一個位置，然后才能進行賦值：
public void add(int index, Object element) {
//首先檢查index是否合法...此處不顯示這部分代碼
ensureCapacity(size+1);
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}


剩余空間被用光時，如果需要加入更多的元素，Vector/ArrayList對象必須用一個更大的新數組替換其內部Object[]數組，把所有的數組元素復制到新的數組。根據SDK版本的不同，新的數組要比原來的大50%或者100%（下面顯示的代碼把數組擴大100%）：
public void ensureCapacity(int minCapacity) {
int oldCapacity = elementData.length;
if (minCapacity > oldCapacity) {
Object oldData[] = elementData;
int newCapacity = Math.max(oldCapacity * 2, minCapacity);
elementData = new Object[newCapacity];
System.arraycopy(oldData, 0, elementData, 0, size);
}
}


Vector類和ArrayList類的主要不同之處在于同步。除了兩個只用于串行化的方法，沒有一個ArrayList的方法具有同步執行的能力；相反，Vector的大多數方法具有同步能力，或直接或間接。因此，Vector是線程安全的，但ArrayList不是。這使得ArrayList要比Vector快速。對于一些最新的JVM，兩個類在速度上的差異可以忽略不計：嚴格地說，對于這些JVM，這兩個類在速度上的差異小于比較這些類性能的測試所顯示的時間差異。

通過索引訪問和更新元素時，Vector和ArrayList的實現有著卓越的性能，因為不存在除范圍檢查之外的其他開銷。除非內部數組空間耗盡必須進行擴展，否則，向列表的末尾添加元素或者從列表的末尾刪除元素時，都同樣有著優秀的性能。插入元素和刪除元素總是要進行數組復制（當數組先必須進行擴展時，需要兩次復制）。被復制元素的數量和[size-index]成比例，即和插入/刪除點到集合中最后索引位置之間的距離成比例。對于插入操作，把元素插入到集合最前面（索引0）時性能最差，插入到集合最后面時（最后一個現有元素之后）時性能最好。隨著集合規模的增大，數組復制的開銷也迅速增加，因為每次插入操作必須復制的元素數量增加了。

二、LinkedList的實現
LinkedList通過一個雙向鏈接的節點列表實現。要通過索引訪問元素，你必須查找所有節點，直至找到目標節點：
public Object get(intindex) {
//首先檢查index是否合法...此處不顯示這部分代碼
Entry e = header; //開始節點
//向前或者向后查找，具體由哪一個方向距離較
//近決定
if (index < size/2) {
for (int i = 0; i <= index; i++)
e = e.next;
} else {
for (int i = size; i > index; i--)
e = e.previous;
}
return e;
}


把元素插入列表很簡單：找到指定索引的節點，然后緊靠該節點之前插入一個新節點：
public void add(int index, Object element) {
//首先檢查index是否合法...此處不顯示這部分代碼
Entry e = header; //starting node
//向前或者向后查找，具體由哪一個方向距離較
//近決定
if (index < size/2) {
for (int i = 0; i <= index; i++)
e = e.next;
} else {
for (int i = size; i > index; i--)
e = e.previous;
}
Entry newEntry = new Entry(element, e, e.previous);
newEntry.previous.next = newEntry;
newEntry.next.previous = newEntry;
size++;
}