作者：晓宜
🌈🌈🌈
个人简介：携程javaer，阿里云专家博主，csdn后端优质创作者，算法爱好者
❤️❤️❤️
一起进步！！！😊
前言
以前学了数组，链表，红黑树的相关知识，今天用Java对它们三者在插入，删除，查找等方面做一个性能对比测试，今天分享给大家😊
数据结构
1. ArrayList
ArrayList底层是基于动态数组实现的。其特点包括：
数据结构：动态数组。
访问时间：通过索引访问元素的时间复杂度为O(1)，因为可以直接通过索引定位到元素。
插入和删除：在尾部插入元素的时间复杂度为O(1)。在中间插入或删除元素的时间复杂度为O(n)，因为需要移动元素来保持数组的连续性。
扩容机制：当数组容量不够时，ArrayList会创建一个更大的数组（通常是原容量的1.5倍左右），然后将旧数组中的元素复制到新数组中。
2.LinkedList
LinkedList底层是基于双向链表实现的。其特点包括：
数据结构：双向链表，每个节点包含一个数据元素以及指向前后节点的引用。
访问时间：访问元素的时间复杂度为O(n)，因为需要从头节点或尾节点遍历链表找到目标节点。
插入和删除：在链表头部或尾部插入和删除元素的时间复杂度为O(1)。在链表中间插入和删除元素的时间复杂度为O(n)，因为需要先遍历找到插入或删除位置。
灵活性：适用于频繁插入和删除操作的场景，但随机访问效率较低。
3. TreeMap
TreeMap底层是基于红黑树（Red-Black Tree）实现的。其特点包括：
数据结构：红黑树，一种自平衡的二叉搜索树。
访问时间：查找、插入和删除操作的时间复杂度为O(log n)，因为红黑树在最坏情况下的高度为O(log n)。
键排序：TreeMap中的元素按照键的自然顺序或指定的比较器排序。
有序性：提供按键值排序的特性，可以方便地进行范围查询和有序遍历。
实验代码
我们先讲一下代码具体做了些什么，在代码中，我创造了三个函数，分别对应三个数据结构：数组，链表，红黑树。在每个函数中，我会先创建这样一个数据结构对象和一个随机数对象，接下来执行三步：
- 用随机数对象生成1000个随机数，先插入到刚才生成的数据结构中，计算时间
- 生成1000个随机数，在数据结构中查找是否存在这个数，计算时间
- 生成1000个随机数，随机生成一个索引，删除这个索引对应的数，计算时间
这里是其中一次测试的结果：
在这次测试中，我们发现红黑树的查找和删除性能是最优秀的，但是其插入的效率是最低的，这是因为他在插入过程中需要构建红黑树的结构；链表的插入，查询和删除效率都是最低的；数组插入，删除，查询的效率居中。感兴趣的小伙伴可以自己做这样一个实验😎，代码如下：
import java.util.ArrayList;
import java.util.LinkedList;
import java.util.Random;
import java.util.TreeMap;
public class PerformanceTest {
public static void RedBlack(ArrayList<Integer> testList) {
// 创建 TreeMap
TreeMap<Integer, Integer> treeMap = new TreeMap<>();
Random random = new Random();
int dataSize = testList.size(); // 数据规模
// 生成随机数据并插入
long startTime = System.nanoTime();
for (int i = 0; i < dataSize; i++) {
int key = random.nextInt(dataSize); // 随机生成键
int value = testList.get(i); // 随机生成值
treeMap.put(key, value);
}
long insertTime = System.nanoTime() - startTime;
// 随机查找
startTime = System.nanoTime();
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
int key = random.nextInt(dataSize); // 随机生成键
treeMap.containsKey(key);
}
long searchTime = System.nanoTime() - startTime;
// 随机删除
startTime = System.nanoTime();
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
int key = random.nextInt(dataSize); // 随机生成键
treeMap.remove(key);
}
long deleteTime = System.nanoTime() - startTime;
// 打印时间
System.out.println("Insertion time: " + insertTime / 1000000.0 + " ms");
System.out.println("Search time: " + searchTime / 1000000.0 + " ms");
System.out.println("Deletion time: " + deleteTime / 1000000.0 + " ms");
}
public static void Linkedlist(ArrayList<Integer> testList) {
// 数据规模
int dataSize = testList.size();
// 创建链表
LinkedList<Integer> linkedList = new LinkedList<>();
// 随机数生成器
Random random = new Random();
// 生成随机数据并插入
long startTime = System.nanoTime();
for (int i = 0; i < dataSize; i++) {
linkedList.add(testList.get(i)); // 随机生成数据并插入链表
}
long insertTime = System.nanoTime() - startTime;
// 随机查找1000次，计算查找时间
startTime = System.nanoTime();
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
int randomData = random.nextInt(); // 随机生成数据
boolean found = linkedList.contains(randomData); // 查找数据
}
long searchTime = System.nanoTime() - startTime;
// 随机删除1000次，计算删除时间
startTime = System.nanoTime();
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
int randomIndex = random.nextInt(linkedList.size()); // 随机生成索引
linkedList.remove(randomIndex); // 删除元素
}
long deleteTime = System.nanoTime() - startTime;
// 打印时间
System.out.println("Insertion time: " + insertTime / 1000000.0 + " ms");
System.out.println("Search time: " + searchTime / 1000000.0 + " ms");
System.out.println("Deletion time: " + deleteTime / 1000000.0 + " ms");
}
public static void ArrayList(ArrayList<Integer> testList) {
// 数据规模
int dataSize = testList.size();
// 创建ArrayList
ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<>();
// 随机数生成器
Random random = new Random();
// 生成随机数据并插入
long startTime = System.nanoTime();
for (int i = 0; i < dataSize; i++) {
arrayList.add(testList.get(i)); // 随机生成数据并插入ArrayList
}
long insertTime = System.nanoTime() - startTime;
// 随机查找1000次，计算查找时间
startTime = System.nanoTime();
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
int randomValue = random.nextInt(); // 随机生成值
boolean found = arrayList.contains(randomValue); // 查找值是否存在
}
long searchTime = System.nanoTime() - startTime;
// 随机删除1000次，计算删除时间
startTime = System.nanoTime();
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
int randomIndex = random.nextInt(arrayList.size()); // 随机生成索引
arrayList.remove(randomIndex); // 删除元素
}
long deleteTime = System.nanoTime() - startTime;
// 打印时间
System.out.println("Insertion time: " + insertTime / 1000000.0 + " ms");
System.out.println("Search time: " + searchTime / 1000000.0 + " ms");
System.out.println("Deletion time: " + deleteTime / 1000000.0 + " ms");
}
public static void main(String[] args) {
// 数据规模
int dataSize = 1_000_000;
// 创建ArrayList
ArrayList<Integer> testList = new ArrayList<>();
// 随机数生成器
Random random = new Random();
for (int i = 0; i < dataSize; i++) {
testList.add(random.nextInt()); // 随机生成数据并插入
}
ArrayList(testList);
System.out.println("ArrayList done\n");
Linkedlist(testList);
System.out.println("LinkedList done\n");
RedBlack(testList);
System.out.println("RedBlack done\n");
}
}
项目链接：
代码链接
