StringBuffer 和摊销答案

【问题标题】：StringBuffer and amortizationStringBuffer 和摊销
【发布时间】：2013-07-02 02:54:29
【问题描述】：

在ArrayList 中，添加操作是摊销操作。因此，在阅读StringBuffer 时，我想到了为什么StringBuffer 没有摊销。假设我在一个字符串缓冲区对象上使用附加操作，那么它应该能够在它的底层数组实现中添加那么多没有字符。但相反，我在源代码中发现我们有

System.arraycopy(chars, 0, value, count, chars.length);

在字符串缓冲区的追加操作中。所以我的问题是 StringBuffer 不能摊销，这样它就可以减少 O(N) 的复杂性吗？

【问题讨论】：

什么是“摊销操作”？
@Axel: This will help you.

标签： java arrays arraylist stringbuffer amortized-analysis

【解决方案1】：

归根结底，您仍在将 N 个引用从某个内存位置 A 移动到某个其他内存位置 B。但是，我相信 System.arraycopy 的速度足够快，以至于来自StringBuffer。但是，这取决于你是使用append 还是insert。

回想一下，ArrayList 可以通过两种方式执行add：使用单个对象，或者通过从特定索引点向下移动元素。两者都有不同的表现。

为了解决这个问题，（最终）StringBuffer 将致电System.arraycopy()。这个实现实际上是依赖于 JVM 的（它是一个本地调用），但可能是它非常快。除此之外，没有什么可以真正减慢StringBuffer.append() 的性能，除了要复制非常大的非连续内存区域。

ArrayList.add(E element) 将花费 O(1) 时间，但可能会更改为 O(N)，因为它必须增加后备数组以容纳更多元素；但是，如果它不必这样做，那么插入时间大约为 O(1)（它将元素添加到数组的末尾）。

ArrayList.add(int index, E element) 在最佳情况下可能是 O(1)，但在平均和最坏情况下可能是 O(N - index)，因为它必须向下移动以放置 E 的元素数量。

总结一下：

StringBuffer.append() 的代码可以看作是平均 O(N)，因为它确实复制了数组。但是，此操作仍然很快，并且仅取决于您要移动的数据有多大。
StringBuffer.insert() 的代码不同，在最好的情况下很容易成为分期 O(1)，在最坏的情况下是 O(N)（因为它使得两次调用System.arraycopy()）。在给定点插入元素意味着您必须将其他所有内容向下移动，这不是一个便宜的操作，无论您的代码有多快。

我相信，根据您使用的方法，您确实具有摊销性能。您只需要确定您正在执行的操作即可知道性能将如何。

【讨论】：

【解决方案2】：

实际上StringBuffer 和ArrayList 的工作方式相同，正如您所指出的，ArrayList 中的add 操作是O(1) 摊销。

在ArrayList 中，当您添加一个元素时，您还有一个ensureCapacity 方法，如果容量不足，则会分配一个新数组并将数据复制到其中。然而，这种重新分配操作很少发生，所以你可以考虑加法需要O(1)，即使是 K 的 1 倍，它也需要O(n)。

【讨论】：

我检查了ensureCapacity的代码，发现这也使用了System.arraycopy(value, 0, newData, 0, count);我认为这也会将整个字符数组复制到新位置。所以我的疑问仍然存在，如果我的理解有误，你可以详细说明一下。
你是对的。那就是当底层数组需要增长时，O(n) 操作在 K 上发生 1 次。

【解决方案3】：

如果您进一步查看源代码：

public AbstractStringBuilder append(char[] str) {
    int len = str.length;
    ensureCapacityInternal(count + len);  // expand array if needed
    System.arraycopy(str, 0, value, count, len); 
    count += len;
    return this;
}

这正是 arraylist 的工作原理。

    System.arraycopy(str, 0, value, count, len);

告诉我们从 str 复制到从 count 开始的值（stringBuffer 中的当前结束位置）。只有 len 是附加 str 的长度被复制。

【讨论】：

这不能回答我的问题。我担心将字符串从一个地方复制到另一个地方会占用更多内存（在执行操作时），这意味着读取字符串的所有元素。这意味着复杂度将是 o(n)。

【解决方案4】：

您混合了取决于数据结构大小（ArrayList / StringBuilder 长度）的复杂性和取决于输入大小的复杂性。

ArrayList 的O(1) 是指将单个元素添加到列表的内容并摊销O(1)。显然，将 n 个元素添加到列表中将是 n * O(1)。 StringBuilder 也是如此。在大多数情况下，添加单个字符是O(1)（除非必须扩展内部数组。但是添加一个字符数组需要复制数组的值（实际上数组的批量复制应该非常快，肯定比附加单个字符要快） .

O(1) 可以实现列表连接 - 附加时 - 使用链表。但是结果很容易受到每个连接子列表的变化的影响，……。 StringBuilder 总是想避免。此外，作为 String 实现的字符链接列表将非常低效。

【讨论】：