添加方法的時間比較：ArrayList，LinkedList，ArrayList（使用某些值初始化）

Question

我希望更多地了解數據結構及其實現（使用JAVA語言）。 今天，我編寫了一個測試來比較（時間比較）ADT列表的不同實現。 具體來說，我比較了add方法，這是我的測試：

@Test
public void testTime() {
    long i = 10000000;
    long INITIALIZED_VALUE=5000000;
    List<Integer> arrayBasedList = new ArrayList<Integer>();
    List<Integer> linkedBasedList = new LinkedList<Integer>();
    List<Integer> arrayBasedInitialedSizeList = new ArrayList<Integer> (INITIALIZED_VALUE);

    long t1 = System.currentTimeMillis();
    for (int index = 0; index <= i; index++) {
        arrayBasedList.add(index);
    }
    long t1End = System.currentTimeMillis() - t1;

    long t2 = System.currentTimeMillis();

    for (int index = 0; index <= i; index++) {
        linkedBasedList.add(index);
    }
    long t2End = System.currentTimeMillis() - t2;

    long t3 = System.currentTimeMillis();
    for (int index = 0; index <= i; index++) {
        arrayBasedInitialedSizeList.add(index);
    }
    long t3End = System.currentTimeMillis() - t3;

    System.out.println("ArrayBased: " + t1End);
    System.out.println("LinkedList:" + t2End);
    System.out.println("ArrayBasedInitializedSize: " + t3End);

    System.out.println("End");
}

我得到了這個結果：

ArrayBased：5681 LinkedList：12830 ArrayBasedInitializedSize：858

為什么LinkedList比ArrayList實現慢？ 我認為用於LinkedList實現的add方法比用於Array實現的add方法要快。

任何人都可以解釋一下為什么add方法的數組比鏈表更快？

謝謝

阿萊西奧

Answer 1

這里有兩件事。

首先是您的計時不可靠，因為您沒有在每次運行之前“預熱”代碼。 Java在運行時會優化和編譯代碼，因此前幾次運行的速度比以后運行的速度慢得多。 您應該運行數百次測試循環，丟棄這些結果，然后進行計時。

但是要回答這個問題：

無論列表有多長， LinkedList都是恆定時間，但是每次添加LinkedList都需要做更多的工作。 它需要創建包裝對象，將其插入列表中，更新引用等。

另一方面， ArrayList只是在數組中設置一個值，然后增加大小計數器。 僅當它需要重新分配數組時，它才需要做很多工作。

進行測試，從頭開始添加新對象，然后比較結果，您會發現事情更多地轉向了鏈表，因為現在ArrayList每次都需要重新整理所有值。

通過第三個測試，通過提前知道ArrayList的大小變得更加高效，您也可以通過第三個測試來說明重新分配陣列的成本。

大O表示法在討論算法時很有用，但是您需要了解它的實際含義，否則可能會產生誤導。 它在談論操作的順序，而不是實際花費的時間。 對於大多數附加插入， ArrayList和LinkedList均為O（1），如果需要重新分配，則ArrayList插入為O（n）。

O（1）的全部意思是，無論列表中有多少個對象，它仍然花費相同的時間。 在10個項目列表，100個項目列表，10000個項目列表的末尾添加內容，仍然需要花費相同的時間。

盡管LinkedList比ArrayList需要更多的時間-即使它們仍然具有相同的O（1）順序。

實際上，速度差異是如此之大，即使您考慮添加到列表的開頭，其中LinkedList為O（1）和ArrayList為O（n），對於小列表，ArrayList仍然更快！

給出一些想法（這只是一個示例，請不要嘗試采取確切的時間安排！）然后，如果添加LinkedList所花費的時間為L，而ArrayList所花費的時間為A，則總時間末尾的加數為L * 1，A * 1。 開頭要加的是L * 1，A * N。

因此，如果L / A <N，那么即使僅查看O特性，使用ArrayList的速度實際上也會更快，您可能會認為使用LinkedList會更好。

（如果您需要隨機訪問讀取，則鏈接列表也為O（n），這也是一個很大的因素）。

Answer 2

簡而言之：對ArrayList的添加操作比對LinkedList的添加操作更快，因為它涉及（讀，寫，更新）較少的內存位置：

• ArrayList：更新int size字段，讀取Object[] elements字段，讀取elements.length ，寫入索引處的elements 。

• LinkedList：更新int size字段，更新Entry tail字段，分配新Entry ，寫入新條目的prev和element字段，寫入tail.next字段。

更精確的時間安排：

@GenerateMicroBenchmark
public int arrayList_add() {
    List<Object> list = new ArrayList<>(1000);
    Object x = new Object();
    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        list.add(x);
    }
    return list.size();
}

@GenerateMicroBenchmark
public int linkedList_add() {
    List<Object> list = new LinkedList<>();
    Object x = new Object();
    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        list.add(x);
    }
    return list.size();

結果：

Benchmark             Mean   Mean error    Units
arrayList_add        5,234        0,019  usec/op
linkedList_add       6,417        0,032  usec/op

Answer 3

我為您的結果感到驚訝，並嘗試自己運行您的代碼。 這是我的輸出：

ArrayBased: 5589
LinkedList:1219
ArrayBasedInitializedSize: 789
End

我認為，LinkedList的add方法應該比ArrayList慢一點（都是O（1），但常數不同）。 它們都創建新的Integer對象，而ArrayList只是將它們放在數組中，而LinkedList創建鏈接。

ArrayBased和ArrayBasedInitializedSize之間的區別是顯而易見的：數組重新分配和元素復制需要太多時間。