为什么队列消耗这么多内存？

Question

基本上我在 codewars 网站上做一个code kata 在开始编码之前有点“热身”，并注意到一个问题，我不知道是因为我的代码，还是只是常规问题。

public static string WhoIsNext(string[] names, long n)
{
    Queue<string> fifo = new Queue<string>(names);

    for(int i = 0; i < n - 1; i++)
    {
        var name = fifo.Dequeue();
        fifo.Enqueue(name);
        fifo.Enqueue(name);
    }
    return fifo.Peek();
}

并且是这样调用的：

// Test 1
string[] names = { "Sheldon", "Leonard", "Penny", "Rajesh", "Howard" };
long n = 1; 
var nth = CodeKata.WhoIsNext(names, n); // n = 1 Should return sheldon.

// test 2
string[] names = { "Sheldon", "Leonard", "Penny", "Rajesh", "Howard" };
long n = 52; 
var nth = CodeKata.WhoIsNext(names, n); // n = 52 Should return Penny.

// test 3
string[] names = { "Sheldon", "Leonard", "Penny", "Rajesh", "Howard" };
long n = 7230702951; 
var nth = CodeKata.WhoIsNext(names, n); // n = 52 Should return Leonard.

在这段代码中，当我将 long n 的值放入 7230702951（一个非常高的数字......）时，它会引发内存不足异常。数字那么高，还是队列只是没有针对这些数字优化。

我这样说是因为我尝试使用 List 并且列表内存使用量保持在 500 MB 以下（顺便说一句，平台大约是 327MB），并且运行了大约 2/3 分钟，而队列在几秒钟内引发了异常，仅在那段时间就超过了 2GB。

有人可以向我解释为什么会发生这种情况，我只是好奇吗？

编辑 1

我忘了添加列表代码：

public static string WhoIsNext(string[] names, long n)
{
    List<string> test = new List<string>(names);
    for(int i = 0; i < n - 1; i++)
    {
        var name = test[0];
        test.RemoveAt(0);

        test.Add(name);
        test.Add(name);
    }

    return test[0];
}

编辑 2

对于那些说代码加倍名称并且无效的人，我已经知道，代码不是有用的，只是一个 kata。 （我现在更新了链接！）

我的问题是，为什么 Queue 比具有高计数的 List 效率低得多。

Answer 1

部分原因是队列代码比List 代码快方式，因为队列是循环缓冲区，因此针对删除进行了优化。 列表不是 - 每次删除第一个元素时，列表复制数组内容。

例如将输入值更改为72307000。在我的机器上，队列在不到一秒的时间内完成。几分钟后（按这个速度，几小时），这份名单仍在不断增加。 在 4 分钟内i 现在是 752408 - 它已经完成了几乎 1% 的工作。

因此，我不确定队列的内存效率较低。只是如此之快，您会更快地遇到内存问题。该列表几乎肯定存在相同的问题（List 和 Queue 将数组大小加倍的方式非常相似） - 可能需要几天时间才能解决。

在一定程度上，您可以预测这一点即使不运行您的代码。包含 7230702951 个条目的队列（运行 64 位）每个条目将占用最少 8 个字节。所以 57845623608 字节。大于 50GB。显然，您的机器很难将其放入 RAM 中（加上 .NET 不会让您拥有那么大的数组）...

此外，您的代码有一个细微的错误。 循环永远不会结束（如果n 大于int.MaxValue）。您的循环变量是int，但参数是long。您的int 将溢出（从int.MaxValue 到int.MinValue 和i++）。因此，对于较大的 n 值，循环将永远不会退出（意味着队列将永远增长）。您可能应该将i 的类型更改为long。