三、性能测试
这些类有许多不同的功能可以进行测试。LinkedList应用比较频繁，因为人们认为它在随机插入和删除操作时具有较好的性能。所以，下面我分析的重点将是插入操作的性能，即，构造集合。我测试并比较了LinkedList和ArrayList，因为这两者都是非同步的。
插入操作的速度主要由集合的大小和元素插入的位置决定。当插入点的位置在集合的两端和中间时，最差的插入性能和最好的插入性能都有机会出现。因此，我选择了三个插入位置（集合的开头、末尾和中间），三种典型的集合大小：中等（100个元素），大型（10,000个元素），超大型（1,000,000个元素）。
在本文的测试中，我使用的是JAVA SDK 1.2.0和1.3.0系列的SUN JVM。此外，我还用HOTSPOT JVM 2.0进行了测试，这个版本可以在1.3.0 SDK找到。在下面的表格中，各个测量得到的时间都以其中一次SDK 1.2 VM上的测试时间（表格中显示为100%的单元）为基准显示。测试期间使用了默认的JVM配置，即启用了JIT编译，因此对于所有JVM，堆空间都必须进行扩展，以避免内存溢出错误。表格中记录的时间是多次测试的平均时间。为了避免垃圾收集的影响，在各次测试之间我强制进行了完全的内存清理（参见测试源代码了解详情）。磁盘监测确保磁盘分页不会在测试过程中出现（任何测试，如果它显示出严重的磁盘分页操作，则被丢弃）。所有显示出数秒应答时间的速度太慢的测试都重复进行，直至记录到一个明显合理的时间。
表1：构造一个中等大小的集合（100个元素）。括号中的数字针对预先确定大小的集合。 | | 1.2 JVM | 1.3 JVM | HotSpot 2.0 JVM | 总是插入到ArrayList的开头 | 100% (48.0%) | 184.9% (152.0%) | 108.0% (66.7%) | 总是插入到LinkedList的开头 | 135.5% | 109.1% | 85.3% | 总是插入到ArrayList的中间 | 130.0% (40.6%) | 187.4% (158.0%) | 84.7% (46.0%) | 总是插入到LinkedList的中间 | 174.0% | 135.0% | 102.3% | 总是插入到ArrayList的末尾 | 63.3% (20.7%) | 65.9% (25.0%) | 60.3% (29.3%) | 总是插入到LinkedList的末尾 | 106.7% | 86.3% | 80.3% |
对于规模较小的集合，ArrayList和LinkedList的性能很接近。当元素插入到集合的末尾时，即追加元素时，ArrayList的性能出现了突变。然而，追加元素是ArrayList特别为其优化的一个操作：如果你只想要一个固定大小的静态集合，Java数组（例如Object[]）比任何集合对象都具有更好的性能。除了追加操作，测量得到的时间数据差别不是很大，它们反映了各个JVM的优化程度，而不是其他什么东西。
例如，对于把元素插入到集合的开始位置来说（表1的前两行），HotSpot 2.0 JVM加LinkedList具有最好的性能（85.3%），处于第二位的是 1.2 JVM加ArrayList（100%）。这两个结果显示出，1.2中简单的JIT编译器在执行迭代和复制数组等简单的操作时具有很高的效率。在HotSpot中复杂的JVM加上优化的编译器能够改进复杂操作的性能，比如对象创建（创建LinkedList节点），并能够利用代码内嵌（code-inlining）的优势。1.3 JVM的结果似乎显示出，在简单操作方面它的性能有着很大的不足，这一点很可能在以后的JVM版本中得到改进。
在这里我特别进行测试的是ArrayList相对于LinkedList的另一个优点，即预先确定集合大小的能力。具体地说，创建ArrayList的时候允许指定一个具体的大小（例如，在测试中ArrayList可以创建为拥有100个元素的容量），从而避免所有随着元素增多而增加集合规模的开销。表1括号中的数字显示了预先确定集合大小时性能的提高程度。LinkedList（直到 SDK 1.3）不能预先确定大小。
此外，ArrayList只生成少量的需要进行垃圾收集的对象，即，用来保存元素的内部数组对象，以及每次ArrayList容量不足需要进行扩展时创建的附加内部数组对象。LinkedList不管可能出现的任何删除操作，都为每一个插入操作生成一个节点对象。因此，LinkedList会给垃圾收集器带来相当多的工作。考虑到这些因素，对于任何中小规模的集合，我会选择使用ArrayList而不是LinkedList。
表2：构造一个大型集合（10,000个元素） | | 1.2 JVM | 1.3 JVM | HotSpot 2.0 JVM | 总是插入到ArrayList的开头 | 7773% | 7537% | 7500% | 总是插入到LinkedList的开头 | 100% | 90.34% | 65.6% | 总是插入到ArrayList的中间 | 3318% | 3412% | 3121% | 总是插入到LinkedList的中间 | 26264% | 14315% | 14209% | 总是插入到ArrayList的末尾 | 41.4% | 41.2% | 37.5% | 总是插入到LinkedList的末尾 | 66.4% | 73.9% | 61.7% |
表2显示了大规模集合的测试结果。可以看到，在出现大规模插入操作的时候，我们开始遭遇严厉的性能惩罚。正如我们前面分析类的实现所得到的结果，对于LinkedList来说最差的情形出现在把元素插入到集合中间时。另外我们还可以看到，与使用ArrayList时把元素插入到集合开头的最差性能相比，使用LinkedList时把元素插入到集合中间的性能更差一些。和这两种性能最差的情况相比，把元素插入到ArrayList中间的性能显然要好得多。
总地看来，ArrayList再一次在大多数情形下表现出更好的性能，包括根据索引把元素插入到随机位置的情形。如果你总是要把元素插入到集合中靠前的位置，LinkedList具有更好的性能；然而，此时你可以利用一个反向的ArrayList得到更好的性能，即，使用一个专用的实现，或者通过[size -index]映射翻转索引在集合中的位置。
表3：构造一个超大集合（1,000,000个元素） | | 1.2 JVM | 1.3 JVM | HotSpot 2.0 JVM | 总是插入到ArrayList的开头 | 太长 | 太长 | 太长 | 总是插入到LinkedList的开头 | 100% | 179.5% | 144.1% | 总是插入到ArrayList的中间 | 太长 | 太长 | 太长 | 总是插入到LinkedList的中间 | 太长 | 太长 | 太长 | 总是插入到ArrayList的末尾 | 38.3% | 47.7% | 42.9% | 总是插入到LinkedList的末尾 | 65.1% | 161.5% | 139.9% |
表3显示了超大集合的测试结果，从该表可以得出的结论与表2非常相似。然而，表3强调的是，超大集合要求数据、集合类型、数据处理算法之间的恰到好处的配合；否则，你将得到事实上不可接受的性能表现。至于性能优化，你可以构造一个针对该问题的专用集合类。对于超大集合来说，为了获得可接受的性能，构造专用集合类往往是很有必要的。
四、查询的性能
在类的内部实现查询时查询的性能最高。对于查询这些列表来说，迭代所有元素所需要的时间是一个限制因素。ArrayList/Vector类中实现的查询将对类的元素进行迭代。下面的例子计算空元素的总数量：
int count = 0;
for (int i = 0; i < size; i++)
if(elementData[i] == null)
count++;
LinkedList类中实现的查询将搜索所有的节点。下面的例子计算所有空元素的总数量：
node = header.next;
count = 0;
for (int i = 0; i < repeat; i++, node = node.next)
if (node.element == null)
count++; |
表4显示出，ArrayList的性能显著地超过了LinkedList，它再一次显示出ArrayList应该是我们首选的类。表5显示了利用从List.listIterator(int)获得的ListIterator对象迭代所有元素所需要的时间，如果查询机制不能在List内部实现，这些迭代器是必需的。ArrayList再一次显示出了较高的性能，但这次性能的差异程度不象表4显示的那样不可思议。注意，表5所显示的绝对时间相当于表4显示绝对时间的10倍，即，ArrayList内部遍历大约比ArrayList利用ListIterator迭代要快10倍。
表4：通过内部访问迭代集合中的所有元素 | | 1.2 JVM | 1.3 JVM | HotSpot 2.0 JVM | ArrayList内部搜索 | 100% | 106% | 197% | LinkedList内部搜索 | 470% | 493% | 448% |
表5：通过ListIterator遍历集合中的所有元素 | | 1.2 JVM | 1.3 JVM | HotSpot 2.0 JVM | 利用ListIterator迭代ArrayList | 100% | 118% | 75.2% | 利用ListIterator迭代ListedList | 117% | 186% | 156% |
■ 结束语
实际测量和我们所考虑的其他因素都清楚地显示出，ArrayList和Vector通常比LinkedList和同步封装之后的LinkedList有着更好的性能。即使在你认为LinkedList可能提供更高性能的情况下，你也可以通过修改元素加入的方式从ArrayList争取更好的性能，例如翻转集合元素的次序。
有些情况下LinkedList会有更好的性能，例如，当大量元素需要同时加入到大型集合的开头和末尾时。但一般而言，我建议你优先使用ArrayList/Vector类，只有当它们存在明显的性能问题而LinkedList能够改进性能时，才使用LinkedList。
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