HashSet<T>.removeAll 方法非常慢

Question

Jon Skeet 最近在他的博客上提出了一个有趣的编程话题："There's a hole in my abstraction, dear Liza, dear Liza"（添加了重点）：

我有一套——事实上是HashSet。我想从中删除一些项目……而且许多项目可能不存在。事实上，在我们的测试用例中，“removals”集合中的 none 项将在原始集合中。这听起来 - 确实是 - 非常容易编码。毕竟，我们有 Set<T>.removeAll 来帮助我们，对吧？

我们在命令行上指定“源”集的大小和“移除”集合的大小，并构建它们。源集只包含非负整数；移除集仅包含负整数。我们使用System.currentTimeMillis() 测量删除所有元素所需的时间，这不是世界上最准确的秒表，但在这种情况下已经绰绰有余，正如您将看到的那样。代码如下：

import java.util.*;
public class Test 
{ 
    public static void main(String[] args) 
    { 
       int sourceSize = Integer.parseInt(args[0]); 
       int removalsSize = Integer.parseInt(args[1]); 
        
       Set<Integer> source = new HashSet<Integer>(); 
       Collection<Integer> removals = new ArrayList<Integer>(); 
        
       for (int i = 0; i < sourceSize; i++) 
       { 
           source.add(i); 
       } 
       for (int i = 1; i <= removalsSize; i++) 
       { 
           removals.add(-i); 
       } 
        
       long start = System.currentTimeMillis(); 
       source.removeAll(removals); 
       long end = System.currentTimeMillis(); 
       System.out.println("Time taken: " + (end - start) + "ms"); 
    }
}

让我们从简单的工作开始：包含 100 个项目的源集，还有 100 个要删除：

c:UsersJonTest>java Test 100 100
Time taken: 1ms

好的，所以我们没想到它会很慢......显然我们可以稍微提高一点。 100 万个项目和 300,000 个要删除的项目的来源怎么样？

c:UsersJonTest>java Test 1000000 300000
Time taken: 38ms

嗯。这看起来还是挺快的。现在我觉得我有点残忍，要求它做所有的移除。让我们让它变得更简单一些——300,000 个源项目和 300,000 个移除：

c:UsersJonTest>java Test 300000 300000
Time taken: 178131ms

对不起？将近三 分钟？哎呀！与我们在 38 毫秒内管理的集合相比，从 更小的 集合中删除项目确实应该更容易？

有人可以解释为什么会这样吗？为什么HashSet<T>.removeAll 方法这么慢？

Answer 1

该行为（某种程度上）记录在javadoc：

此实现通过在每个集合上调用 size 方法来确定该集合和指定集合中的较小者。 如果这个集合有更少的元素，那么实现会迭代这个集合，依次检查迭代器返回的每个元素以查看是否包含在指定的集合中。如果它如此包含，则使用迭代器的 remove 方法将其从该集合中删除。如果指定集合的​​元素较少，则实现对指定集合进行迭代，使用该集合的 remove 方法从该集合中移除迭代器返回的每个元素。

这在实践中意味着什么，当你打电话给source.removeAll(removals);时：

• 如果removals集合的大小小于source，则调用HashSet的remove方法，速度很快。

• 如果removals 集合的大小等于或大于source，则调用removals.contains，这对于ArrayList 来说很慢。

快速修复：

Collection<Integer> removals = new HashSet<Integer>();

请注意，an open bug 与您所描述的非常相似。底线似乎是它可能是一个糟糕的选择，但无法更改，因为它记录在 javadoc 中。

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供参考，这是removeAll的代码（在Java 8中-尚未检查其他版本）：

public boolean removeAll(Collection<?> c) {
    Objects.requireNonNull(c);
    boolean modified = false;

    if (size() > c.size()) {
        for (Iterator<?> i = c.iterator(); i.hasNext(); )
            modified |= remove(i.next());
    } else {
        for (Iterator<?> i = iterator(); i.hasNext(); ) {
            if (c.contains(i.next())) {
                i.remove();
                modified = true;
            }
        }
    }
    return modified;
}