蛙蛙推薦：.net中的遊標鏈表和普通鏈表對GC的影響

摘要：
對普通鏈表進行添加和刪除操作，會創建和銷燬對象，如果操作太頻繁會對GC造成壓力，而遊標鏈表是事先分配好一個大數組，然後用數組的下標代替普通鏈表的引用指針，這樣鏈表節點的添加刪除，只是下標指向的改變，不會創建和銷燬對象，相當於自己管理了內存，所以降低了GC的壓力。
性能測試模型：
1、往鏈表裏添加500w個int節點
2、把這500w個節點刪除
3、重複1和2進行10次，分別記錄各代gc回收次數，gc堆大小及執行時間。
性能測試結果
遊標鏈表
err:0
gen:24,gen:15,gen:5
totalMemory:160217492
tack time:19358
.NET自帶普通鏈表
gen:213,gen:125,gen:21
totalMemory:120221380
tack time:18024
性能測試結論：
對遊標鏈表的頻繁添加、刪除操作引起的GC回收次數明顯比普通鏈表要少的多，但遊標鏈表因爲使用了額外的數組記錄空閒節點列表，所以佔用內存大一些，由於每個標準操作的子步驟數比普通鏈表多一些，所以總體銷號時間也稍大於普通鏈表，但不明顯。
單元測試用例：
操作：
1、往鏈表的頭上依次添加節點1,2,3加上默認的0節點共4個節點。
2、從鏈表的尾部連續刪除兩個節點
3、從鏈表的尾部開始，向前遍歷節點，並打印節點數據
預期
輸出數據2,3
單元測試結果：
通過
測試部分代碼

class Program {
    static void Main(string[] args) {
        //UnitTest();

        const int max = 500*10000;
        Stopwatch watch = Stopwatch.StartNew();
        //TestLinkdList(max, 10); //這一句和下一句要分別測試，別同時測
        TestCursorList(max, 10);

        Console.WriteLine("gen:{0},gen:{1},gen:{2}",
            GC.CollectionCount(0),GC.CollectionCount(1),GC.CollectionCount(2));
        Console.WriteLine("totalMemory:{0}",GC.GetTotalMemory(false));
        Console.WriteLine("tack time:{0}",watch.ElapsedMilliseconds);
        Console.ReadKey();
    }

    private static void UnitTest() {
        CursorList<int> list = new CursorList<int>(3);
        list.AddHeader(1);
        list.AddHeader(2);
        list.AddHeader(3);
        list.RemoveTail();
        list.RemoveTail();
        CursorListNode<int> node = list.Tail;
        while (node != null) //預期輸出2,3
        {
            Console.WriteLine(node.Data);
            node = node.Next;
        }
    }

    private static void TestCursorList(int max, int iteration)
    {
        CursorList<int> list = new CursorList<int>(max);
        int err = 0;
        for (int k = 0; k < iteration; k++) {
            for (int i = 0; i < max; i++)
                if (list.AddHeader(i) == null) err++;
            for (int i = 0; i < max; i++)
                list.RemoveTail();
        }
        Console.WriteLine("err:{0}", err);
    }
    private static void TestLinkdList(int max, int iteration) {
        LinkedList<int> list = new LinkedList<int>();
        
        for (int k = 0; k < iteration; k++) {
            for (int i = 0; i < max; i++)
                list.AddFirst(i);
            for (int i = 0; i < max; i++)
                list.RemoveLast();
        }
    }
}

遊標鏈表實現代碼
爲了簡單起見，只是先了在頭部添加和移除尾部節點的方法。

public class CursorListNode<T> {
    public CursorListNode<T> Next { get; set; }
    public CursorListNode<T> Prior { get; set; }
    internal int Index { get; set; }
    public T Data { get; set; }
}
public class CursorList<T> {
    private readonly Queue<int> _freeQ = null;
    private readonly CursorListNode<T>[] _list = null;

    public CursorList(int capacity) {
        _freeQ = new Queue<int>(capacity+1);
        _list = new CursorListNode<T>[capacity+1];
        
        _list[0] = Header = Tail = new CursorListNode<T> {
            Index = 0,
            Data = default(T),
            Next = null,
            Prior = null
        };

        for (int i = 1; i < capacity+1; i++)
        {
            _freeQ.Enqueue(i);
            _list[i] = new CursorListNode<T> {
                Index = -1,
                Data = default(T),
                Next = null,
                Prior = null
            };
        }
    }
    public CursorListNode<T> AddHeader(T data) {
        if(_freeQ.Count < 1) return null;
        int newIndex = _freeQ.Dequeue();

        CursorListNode<T> newNode = _list[newIndex];
        newNode.Index = newIndex;
        newNode.Data = data;
        newNode.Next = null;
        newNode.Prior = Header;

        Header.Next = newNode;
        Header = newNode;

        return newNode;
    }

    public void RemoveTail() {
        if(Tail == null) return;
        _freeQ.Enqueue(Tail.Index);
        if (Tail.Next != null)
        {
            Tail = _list[Tail.Next.Index];
            Tail.Prior = null;
        }
        else
            Tail = null;
        
    }

    public CursorListNode<T> Header { get; set; }
    public CursorListNode<T> Tail { get; set; }
}

參考鏈接:
CursorList.cpp - Implementation for cursor linked list
http://www.cplusplus.happycodings.com/Data-Structures-and-Algorithm-Analysis-in-C++/code33.html
鏈表的遊標法實現 cursor_list
http://blog.csdn.net/liuzongqiang/archive/2008/01/06/2027762.aspx