[자바성능] 자료형 성능 비교

일반적인 프로젝트에서 VO객체 패턴을 많이 사용합니다. 그 객체 안에는 대부분 Collection이나 Map 등의 인터페이스를 상속받는 객체가 많이 사용됩니다. 대부분 목록 데이터를 가장 담기 좋은 것이 배열이고, 그 다음으로 Collection 연관된 객체이기 때문에 그렇습니다. 배열은 처음부터 크기를 지정해야 하지만, Collection의 대부분의 객체들은 그럴 필요가 없이 객체들이 채워질 때마다 자동으로 크기가 증가됩니다. 어떤 객체를 써야 성능상 좋은지에 대해 알아보겠습니다.

 

 

1. Collection 및 Map 인터페이스의 이해

배열을 제외하고 데이터를 담기 가장 좋은 객체는 Collection 및 Map 인터페이스를 상속한 객체입니다.

 

사진 출처 ( http://foratgweb.blogspot.kr/2015/09/java-collection-diagram-with-short-notes.html )

 

Collection: 가장 상위 인터페이스

Set: 중복을 허용하지 않는 집합을 처리하기 위한 인터페이스

SortedSet: 오름차순을 갖는 Set 인터페이스

List: 순서가 있는 집합을 처리하기 위한 인터페이스이기 때문에 인덱스가 있어 위치를 지정하여 값을 찾을 수 있다. 중복을 허용하며, List 인터페이스를 상속받는 클래스 중에 가장 많이 사용하는 것으로 Vector가 있다.

Queue: 여러 개의 객체를 처리하기 전에 담아서 처리할 때 사용하기 위한 인터페이스. 기본적으로 FIFO를 따른다.

Map: Map은 키와 값의 쌍으로 구성된 객체의 집합을 처리하기 위한 인터페이스. 중복되는 키를 허용하지 않음.

SortedMap: 키를 오름차순으로 정렬하는 Map 인터페이스

 

1-1. Set 인터페이스

Set은 중복이 없는 집합 객체를 만들때 유용하며, 이를 구현한 클래스에는 HashSet, TreeSet, LinkedHashSet 이렇게 세가지가 있습니다.

HashSet: 데이터를 해쉬 테이블에 담는 클래스로 순서없이 됩니다.

TreeSet: red-black이라는 트리에 데이터를 담아지며, 값에 따라서 순서가 정해집니다. HashSet보다 성능상 느립니다.

LinkedHashSet: 해쉬 테이블에 데이터를 담는데, 저장된 순서에 따라서 순서가 결정됩니다.

* red-black 트리란 이진 트리 구조로 데이터를 담는 구조를 말합니다. 성능이 좋지 않은 트리 구조이므로 되도록이면 사용하지 않는 것이 좋습니다.

 

1-2. List 인터페이스

List는 두 개의 ArrayList와 Linked 클래스가 있으며, 원조 클래스격인 Vector 클래스가 있습니다.

Vector: 크기를 객체 생성시에 지정할 필요가 없는 배열 클래스입니다.

ArrayList: Vector와 비슷하지만, 동기화 처리가 되어 있지 않습니다.

LinkedList: ArrayList와 동일하지만, Queue 인터페이스를 구현했기 때문에 FIFO 큐 작업을 수행합니다.

 

1-3. Map 인터페이스

Map을 상속받는 클래스들은 HashMap, TreeMap, LinkedHashMap 이렇게 세개가 있으며, 원조 클래스격인 Hashtable 클래스가 있습니다.

Hashtable: 데이터를 해쉬 테이블에 담는 클래스입니다. 내부에서 관리하는 해쉬 테이블 객체가 동기화되어 있으므로, 동기화가 필요한 부분에서는 이 클래스를 사용 해야합니다.

HashMap: 데이터를 해쉬 테이블에 담는 클래스입니다. Hashtable 클래스와 다른 점은 null 값을 허용한다는 것과 동기화되어 있지 않다는 점입니다.

TreeMap: red-black 트리에 데이터를 담습니다. TreeSet과 다른 점은 키에 의해서 순서가 정해진다는 점입니다.

LinkedHashMap: HashMap과 거의 동일하며 이중 연결 리스트(doubly-linkedlist)라는 방식을 사용하여 데이터를 담는다는 점만 다릅니다.

이중 연결 리스트는 자료 구조론에서 그림과 같이 앞 뒤 노드에 대한 링크 정보를 갖고 있는 것을 말합니다. 만약 앞의 링크 값이 null이거나 비어 있으면 가장 첫 노드를 의미하며, 뒤의 링크 값이 null이거나 비어 있으면 가장 마지막 노드를 의미합니다.

 

1-4. Queue 인터페이스

Queue 인터페이스를 구현한 클래스는 두 가지로 나뉩니다. java.util 패키지에 속하는 LinkedList와 PriorityQueue는 일반적인 목적의 큐 클래스이며, java.util.concurrent 패키지에 속하는 클래스들은 concurrent 큐 클래스입니다.

PrioriryQueue: 큐에 추가된 순서와 상관없이 먼저 생성한 객체가 먼저 나오도록 되어 있는 큐 입니다.

LinkedBlockingQueue: 선택적으로 저장할 데이터의 크기를 정할 수도 있는 FIFO 기반의 링크 노드를 사용하는 블로킹 큐입니다.

ArrayBlockingQueue: 저장되는 데이터의 크기가 정해져 있는 FIFO 기반의 블로킹 큐입니다.

PriorityBlockingQueue: 저장되는 데이터의 크기가 정해져 있지 않고, 객체의 생성 순서에 따라서 순서가 저장되는 블로킹 큐입니다.

DelayQueue: 큐가 대기하는 시간을 지정하여 처리하도록 되어 있는 큐 입니다.

SynchronousQueue: put() 메소드를 호출하면, 다른 스레드에서 take() 메소드가 호출될 때까지 대기하도록 되어 있는 큐 입니다. 이 큐에는 저장되는 데이터가 없습니다. API에서 제공하는 대부분의 메소드는 0이나 null을 리턴합니다.

* 블로킹 큐(blocking queue)란 크기가 지정되어 있는 큐에 공간이 더 이상 없을 때, 공간이 생길 때까지 대기하도록 만들어진 큐를 의미합니다.

 

 

2. 인터페이스별 성능 비교

2-1. Set 인터페이스

Set인터페이스의 경우, 데이터를 담을때에는 시간 차이가 크지 않으므로 데이터를 읽을 때 얼마나 많은 차이가 발생하는지 확인해보면

 

[HashSet] Run Count: 100, Total: 159.96 ms, Average: 1.59 ms

[TreeSet] Run Count: 100, Total: 184.38 ms, Average: 1.84 ms

[LinkedHashSet] Run Count: 100, Total: 106.66ms, Average: 1.06 ms

 

데이터를 꺼낼때 응답 속도는 TreeSet이 가장 느리고, LinkedHashSet이 가장 빠릅니다.

 

2-2. List 인터페이스

List 인터페이스를 구현한 클래스들의 속도를 비교해보면, 아래와 같은 결과가 나옵니다.

 

[ArrayList] Run Count: 100, Total: 11.52 ms, Average: 0.11 ms

[LinkedList] Run Count: 100, Total: 7596.95 ms, Average: 75.96 ms

[Vector] Run Count: 100, Total: 8.08ms, Average: 0.08 ms

 

LinkedList가 75ms로 다른 클래스보다 느리게 나왔습니다. 이러한 결과가 나온 이유는 LinkedList가 Queue 인터페이스를 상속받기 때문입니다. 이를 수정하기 위해서는 get() 메소드를 순차적으로 결과를 받아오는 poll() 메소드를 변경하면 됩니다.

 

poll() 메소드 변경이후, 결과는 다음과 같습니다.

 

[ArrayList] Run Count: 100, Total: 18.09 ms, Average: 0.18 ms

[LinkedList] Run Count: 100, Total: 16.83 ms, Average: 0.16 ms

[Vector] Run Count: 100, Total: 12.93 ms, Average: 0.12 ms

 

LinkedList 클래스를 사용할 때는 get() 메소드보다 poll() 메소드를 사용하면 좋습니다. 또한 전체적인 응답시간을 보면 List가 Set보다 속도가 빠릅니다.

 

2-3. Map 인터페이스

대부분의 클래스들이 동일하지만, 트리 형태로 처리하는 TreeMap 클래스가 가장 느립니다. HashMap이나 Hashtable, LinkedHashMap은 거의 비슷한 속도를 보입니다.

 

[HashMap] Run Count: 100, Total: 256.67 ms, Average: 2.56 ms

[Hashtable] Run Count: 100, Total: 229.22 ms, Average: 2.29 ms

[TreeMap] Run Count: 100, Total: 427.92 ms, Average: 4.27 ms

[LinkedHashMap] Run Count: 100, Total: 224.32 ms, Average: 2.24 ms

 

평균적으로 List > Set > Map 순으로 성능차이가 납니다. Set 중에서는 LinkedHashSet, List에서는 Vector, Map에서는 Hashtable이나 LinkedHashMap이 가장 빠릅니다. 다만 중요한 것은 대부분의 웹 애플리케이션에서는 10,000개까지 데이터를 저장할 일이 없다는 점입니다. 그렇게까지 수행을 하지 않는다면 어떤 Set, List, Map을 사용해도 시간상 별 차이는 없습니다.

 

Sun에서 정리한, 각 인터페이스 별로 가장 일반적으로 사용되는 클래스는 다음과 같습니다.

Set -> HashSet, List -> ArrayList, Map -> HashMap, Queue -> LinkedList