不要輕易使用LinkList------ArrayList與LinkList速度測試

在Java中，ArrayList的數據結構爲數組，LinkList數據結構爲鏈表。如果我們學過算法與數據結構，我們可以很快得到以下結論：

對於數組，隨機元素訪問的時間複雜度是 O(1)，元素插入操作是 O(n)；

對於鏈表，隨機元素訪問的時間複雜度是 O(n)，元素插入操作是 O(1)。

因此，我們會認爲在大量的元素插入、很少的隨機訪問的業務場景下，是不是就應該使用 LinkedList 呢。其實不對，通過下面的例子我們來演示一下在不同數據量下，ArrayList和LinkList的隨機訪問和插入的性能。

//LinkedList訪問
private static void linkedListGet(int elementCount, int loopCount) {
    List<Integer> list = IntStream.rangeClosed(1, elementCount).boxed().collect(Collectors.toCollection(LinkedList::new));
    IntStream.rangeClosed(1, loopCount).forEach(i -> list.get(ThreadLocalRandom.current().nextInt(elementCount)));
}

//ArrayList訪問
private static void arrayListGet(int elementCount, int loopCount) {
    List<Integer> list = IntStream.rangeClosed(1, elementCount).boxed().collect(Collectors.toCollection(ArrayList::new));
    IntStream.rangeClosed(1, loopCount).forEach(i -> list.get(ThreadLocalRandom.current().nextInt(elementCount)));
}

//LinkedList插入
private static void linkedListAdd(int elementCount, int loopCount) {
    List<Integer> list = IntStream.rangeClosed(1, elementCount).boxed().collect(Collectors.toCollection(LinkedList::new));
    IntStream.rangeClosed(1, loopCount).forEach(i -> list.add(ThreadLocalRandom.current().nextInt(elementCount),1));
}

//ArrayList插入
private static void arrayListAdd(int elementCount, int loopCount) {
    List<Integer> list = IntStream.rangeClosed(1, elementCount).boxed().collect(Collectors.toCollection(ArrayList::new));
    IntStream.rangeClosed(1, loopCount).forEach(i -> list.add(ThreadLocalRandom.current().nextInt(elementCount),1));
}

測試代碼如下，10萬個元素，循環10萬次

int elementCount = 100000;
int loopCount = 100000;
StopWatch stopWatch = new StopWatch();
stopWatch.start("linkedListGet");
linkedListGet(elementCount, loopCount);
stopWatch.stop();
stopWatch.start("arrayListGet");
arrayListGet(elementCount, loopCount);
stopWatch.stop();
System.out.println(stopWatch.prettyPrint());


StopWatch stopWatch2 = new StopWatch();
stopWatch2.start("linkedListAdd");
linkedListAdd(elementCount, loopCount);
stopWatch2.stop();
stopWatch2.start("arrayListAdd");
arrayListAdd(elementCount, loopCount);
stopWatch2.stop();
System.out.println(stopWatch2.prettyPrint());

對於結果，你可能會很奇怪。在隨機訪問方面，我們看到了ArrayList的絕對優勢，而在隨機插入方面，ArrayList也佔據了巨大的優勢：

10W：
StopWatch '': running time (millis) = 4520
-----------------------------------------
ms     %     Task name
-----------------------------------------
04509  100%  linkedListGet
00011  000%  arrayListGet

StopWatch '': running time (millis) = 28404
-----------------------------------------
ms     %     Task name
-----------------------------------------
26570  094%  linkedListAdd
01834  006%  arrayListAdd

我還測試了20W，50W，100W的數據量和操作量下的結果

20W：
StopWatch '': running time (millis) = 23972
-----------------------------------------
ms     %     Task name
-----------------------------------------
23955  100%  linkedListGet
00017  000%  arrayListGet

StopWatch '': running time (millis) = 157245
-----------------------------------------
ms     %     Task name
-----------------------------------------
149343  095%  linkedListAdd
07902  005%  arrayListAdd


50W ：StopWatch '': running time (millis) = 175061
-----------------------------------------
ms     %     Task name
-----------------------------------------
175020  100%  linkedListGet
00041  000%  arrayListGet

StopWatch '': running time (millis) = 2164864
-----------------------------------------
ms     %     Task name
-----------------------------------------
2115619  098%  linkedListAdd
49245  002%  arrayListAdd

100W:

StopWatch '': running time (millis) = 721593
-----------------------------------------
ms     %     Task name
-----------------------------------------
721508  100%  linkedListGet
00085  000%  arrayListGet

StopWatch '': running time (millis) = 8900864
-----------------------------------------
ms     %     Task name
-----------------------------------------
8646038  097%  linkedListAdd
254826  003%  arrayListAdd

爲什麼會出現這種情況呢？我們查看源碼可以發現，雖然你插入的時間複雜度爲O(1)，但是在插入之前你要先找到這個節點，這個操作是通過遍歷來實現的。因此，對於插入，LinkList的時間複雜度也是O（n），不能只考慮插入操作的成本。而且，由於CPU緩存和內存連續性等問題，鏈表這種數據結構的實現方式對性能並不友好，即使在它最擅長的場景都不一定可以發揮威力。