在使用Java編程語言時，我們將繼續(xù)討論與建議的實踐有關(guān)的系列文章，我們將在三個最常用的Collection實現(xiàn)類之間進行性能比較。 為了使事情變得更現(xiàn)實，我們將在多線程環(huán)境下進行測試，以討論和演示如何將Vector ， ArrayList和/或HashSet用于高性能應用程序。

所有討論的主題均基于用例，這些用例來自于電信行業(yè)的關(guān)鍵任務超高性能生產(chǎn)系統(tǒng)的開發(fā)。

在閱讀本文的每個部分之前，強烈建議您參考相關(guān)的Java API文檔以獲取詳細信息和代碼示例。

所有測試均針對具有以下特征的Sony Vaio進行：

• 系統(tǒng)：openSUSE 11.1（x86_64）
• 處理器（CPU）：Intel（R）Core（TM）2 Duo CPU T6670 @ 2.20GHz
• 處理器速度：1,200.00 MHz
• 總內(nèi)存（RAM）：2.8 GB
• Java：OpenJDK 1.6.0_0 64位

應用以下測試配置：

• 并發(fā)工作線程數(shù)：50
• 每個工作人員測試重復次數(shù)：100
• 整體測試次數(shù)：100

向量vs ArrayList vs HashSet

Java開發(fā)人員必須執(zhí)行的最常見任務之一是從Collections中存儲和檢索對象。 Java編程語言提供了一些具有重疊和獨特特征的Collection實現(xiàn)類。 Vector ， ArrayList和HashSet可能是最常用的。

但是，使用Collection實現(xiàn)類 （特別是在多線程環(huán)境中）可能會很棘手。 默認情況下，它們中的大多數(shù)不提供同步訪問。 因此，以并行方式更改Collection的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（插入或縮回元素）肯定會導致錯誤。

這里將要討論的案例場景是通過上述每個Collection實現(xiàn)類的元素進行多個Thread的插入，縮回和迭代。 我們將演示如何在多線程環(huán)境中正確利用上述集合實現(xiàn)類，并提供相關(guān)的性能比較表，以顯示在每個測試用例中哪個性能更好。

為了進行票價比較，我們將假定不允許使用NULL元素，并且我們不介意Collections中元素的順序。 此外，由于矢量是唯一集合實現(xiàn)類我們的測試組提供了默認的同步訪問，同步的ArrayList和HashSet的 集合實現(xiàn)類將使用Collections.synchronizedList和Collections.synchronizedSet靜態(tài)方法來實現(xiàn)。 這些方法提供了指定Collection實現(xiàn)類的“包裝”同步實例，如下所示：

• 列表syncList = Collections.synchronizedList（new ArrayList（））;
• 設(shè)置syncSet = Collections.synchronizedSet（new HashSet（））;

測試用例＃1 –在集合中添加元素

對于第一個測試用例，我們將有多個線程在每個Collection實現(xiàn)類中添加String元素。 為了保持String元素之間的唯一性，我們將如下所示構(gòu)造它們：

• 靜態(tài)的第一部分，例如“ helloWorld”
• 工作線程ID，請記住，我們有50個并發(fā)運行的工作線程
• worker線程測試重復次數(shù)，請記住，每個worker線程每次測試執(zhí)行100次測試重復

對于每個測試運行，每個工作線程將插入100個String元素，如下所示：

• 對于第一次測試重復
  • 工作線程1將插入String元素：“ helloWorld-1-1”
• 對于第二次測試重復
  • 工作線程1將插入String元素：“ helloWorld-1-2”
• 等等...

在每次測試運行結(jié)束時，每個Collection實現(xiàn)類都將填充5000個不同的String元素。

下面我們展示了上述三個Collection實現(xiàn)類之間的性能比較表

橫軸表示測試運行的次數(shù)，縱軸表示每次測試運行的每秒平均事務數(shù)（TPS）。 因此，較高的值更好。 如您所見，在向Vector和ArrayList Collection實現(xiàn)類添加元素時，它們的執(zhí)行效果幾乎相同。 另一方面， HashSet Collection實現(xiàn)類的性能稍差，主要是由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)和哈希生成機制更加復雜。

測試案例2 –從集合中刪除元素

對于第二個測試用例，我們將有多個線程從每個Collection實現(xiàn)類中刪除String元素。 所有集合實現(xiàn)類都將使用來自先前測試用例的String元素進行預填充。 為了刪除元素，我們將為每個Collection實現(xiàn)類在所有工作線程之間利用共享的Iterator實例。 對Iterator實例的同步訪問也將實現(xiàn)。 每個工作線程都將刪除Collection實現(xiàn)類的下一個可用元素，并發(fā)出“ next（）”和“ remove（）” 迭代器操作（以避免ConcurrentModificationException ）。 下面是上述測試用例的性能比較表。

橫軸表示測試運行的次數(shù)，縱軸表示每次測試運行的每秒平均事務數(shù)（TPS）。 因此，較高的值更好。 同樣，從中移除String元素時， Vector和ArrayList Collection實現(xiàn)類的性能幾乎相同。 另一方面， HashSet Collection實現(xiàn)類的性能遠遠優(yōu)于Vector和ArrayList ，平均速度為678000 TPS。

在這一點上，我們必須指出，通過使用Vector和ArrayList Collection實現(xiàn)類的“ remove（0）”方法刪除String元素，與使用同步共享Iterator實例相比，我們獲得了更好的性能結(jié)果。 我們之所以演示同步共享Iterator實例“ next（）”和“ remove（）”操作方法，是為了維持三個Collection實現(xiàn)類之間的票價比較。

重要的提醒

我們的測試用例場景要求我們從每個Collection實現(xiàn)類中刪除第一個元素。 盡管如此，我們必須指出，這對于Vector和ArrayList Collection實現(xiàn)類是最壞的情況。 作為我們的讀者之一，詹姆斯·沃森（James Watson）成功評論了TheServerSide的相關(guān)帖子

“ 原因是在ArrayList和Vecrtor上，如果刪除了除最后一個元素以外的任何元素（最后一個元素是索引為：size – 1的元素），則remove（）方法將導致System.arraycopy（）調(diào)用。 刪除第一個元素意味著將復制數(shù)組的整個其余部分，這是一個O（n）操作。 由于測試刪除了列表中的所有元素，因此完整測試變?yōu)镺（n ^ 2）（緩慢）。

HashSet remove不執(zhí)行任何此類數(shù)組副本，因此它的刪除時間為O（1）或恒定時間。 對于完整測試，則為O（n）（快速）。 如果重寫測試以從ArrayList和Vector中刪除最后一個元素，則性能可能與HashSet相似。 ”

因此，我們將再次進行此測試，從Vector和ArrayList Collection實現(xiàn)類中刪除最后一個元素，因為我們假定Collections中元素的順序并不重要。 性能結(jié)果如下所示。

橫軸表示測試運行的次數(shù)，縱軸表示每次測試運行的每秒平均事務數(shù)（TPS）。 因此，較高的值更好。 不出所料，從其中刪除String元素時，所有Collection實現(xiàn)類的性能幾乎相同。

測試案例＃3 –迭代器

對于第三個測試用例，我們將有多個工作線程在每個Collection實現(xiàn)類的元素上進行迭代。 每個工作線程將使用Collection “ iterator（）”操作檢索對Iterator實例的引用，并使用Iterator “ next（）”操作遍歷所有可用的Collection元素。 所有Collection實現(xiàn)類都將使用第一個測試用例的String值預先填充。 下面是上述測試用例的性能比較表。

橫軸表示測試運行的次數(shù)，縱軸表示每次測試運行的每秒平均事務數(shù)（TPS）。 因此，較高的值更好。 與ArrayList Collection實現(xiàn)類相比， Vector和HashSet Collection實現(xiàn)類的性能均較差。 Vector平均獲得68 TPS，而HashSet平均獲得9200 TPS。 另一方面，到目前為止， ArrayList的性能優(yōu)于Vector和HashSet ，平均速度為421000 TPS。

測試案例4 –添加和刪除元素

對于我們的最終測試用例，我們將實現(xiàn)測試用例1和測試用例2場景的組合。 一組輔助線程將向每個Collection實現(xiàn)類插入String元素，而另一組輔助線程將從其中撤回String元素。

在組合（添加和縮回元素）操作中，無法使用用于刪除元素的同步共享Iterator實例方法。 由于Collection的內(nèi)部結(jié)構(gòu)在不斷變化，因此從單個Collection中同時添加和刪除元素可避免使用共享的Iterator實例。 對于Vector和ArrayList Collection實現(xiàn)類，可以通過使用“ remove（0）”操作來繞過上述限制，該操作將從Collection內(nèi)部存儲器中收回第一個元素。 不幸的是， HashSet Collection實現(xiàn)類不提供此類功能。 我們建議的使用HashSet Collection實現(xiàn)類為組合操作獲得最大性能的方法如下：

• 使用兩個不同的HashSet，一個用于添加元素，另一個用于撤回
• 實現(xiàn)一個“控制器” 線程 ，該線程將在“收回” HashSet為空時交換上述HashSet類的內(nèi)容。 “控制器” 線程可以實現(xiàn)為常規(guī)TimerTask ，可以定期檢查“縮回” HashSet的內(nèi)容，并在需要時執(zhí)行交換
• 交換兩個HashSet時，應為“收回” HashSet創(chuàng)建一個共享的Iterator實例。
• 所有撤消元素的輔助線程應等待“撤消” HashSet充滿元素并在交換后得到通知

以下是顯示建議實施的代碼段：

全球宣言：

Set<string> s = new HashSet<string>(); // The HashSet for retracting elements Iterator<string> sIt = s.iterator(); // The shared Iterator for retracting elements Set<string> sAdd = new HashSet<string>(); // The HashSet for adding new elements Boolean read = Boolean.FALSE; // Helper Object for external synchronization and wait – notify functionality when retracting elements from the “s” HashSet Boolean write = Boolean.FALSE; // Helper Object for external synchronization when writing elements to the “sAdd” HashSet

用于將元素添加到“ sAdd” HashSet的代碼 ：

synchronized(write) {sAdd.add(“helloWorld” + "-" + threadId + "-" + count); }

用于從“ s” HashSet中撤回元素的代碼：

while (true) {synchronized (read) {try {sIt.next();sIt.remove();break;} catch (NoSuchElementException e) {read.wait();}} }

“控制器”類代碼：

public class Controller extends TimerTask {public void run() {try {performSwap();} catch (Exception ex) {ex.printStackTrace();}}private void performSwap() throws Exception {synchronized(read) {if(s.isEmpty()) {synchronized(write) {if(!sAdd.isEmpty()) {Set<string> tmpSet;tmpSet = s;s = sAdd;sAdd = tmpSet;sIt = s.iterator();read.notifyAll();}}}}}}

最后，安排“控制器” TimerTask的代碼

Timer timer = new Timer(); timer.scheduleAtFixedRate(new Controller(), 0, 1);

我們應該先啟動“控制器”任務，然后再啟動對相關(guān)HashSet進行讀寫的輔助線程 。

請記住，對于Vector和ArrayList Collection實現(xiàn)類，我們使用了“ remove（0）”操作來收回元素。 以下是上述Collection實現(xiàn)類的代碼段：

while (true) {try {vector.remove(0);break;} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {} }while (true) {try {syncList.remove(0);break;} catch (IndexOutOfBoundsException e) {} }

下面是上述測試用例的添加部分的性能比較表。

以下是上述測試案例的收回部分的性能比較表。

橫軸表示測試運行的次數(shù)，縱軸表示每次測試運行的每秒平均事務數(shù)（TPS）。 因此，較高的值更好。 Vector和ArrayList Collection實現(xiàn)類在添加和撤消元素時的性能幾乎相同。 另一方面，對于元素添加測試用例，與Vector和ArrayList實現(xiàn)相比，我們建議的實現(xiàn)（帶有“添加”和“縮回” HashSet對）的性能略遜一籌。 但是，對于元素撤回測試用例，我們的“添加”和“撤回” HashSet對實現(xiàn)比Vector和ArrayList實現(xiàn)都要好，平均得分為6000 TPS。

快樂編碼

賈斯汀

相關(guān)文章 ：

• Java最佳實踐–多線程環(huán)境中的DateFormat
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相關(guān)片段：

• ArrayList大小示例
• 將Collection的所有元素插入特定的ArrayList索引
• 在HashSet示例中檢查元素是否存在
• HashSet迭代器示例
• Java Map示例
• 將元素添加到Vector示例的指定索引

翻譯自: https://www.javacodegeeks.com/2010/08/java-best-practices-vector-arraylist.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java最佳实践– Vector vs ArrayList vs HashSet的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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