[자바 성능 튜닝 이야기] Set 어디에 담아야 하는지...

JMH 툴을 통해 Collection 관련 객체에 대해 성능 테스트를 진행 해보자.

JMH 툴 설치가 아직 안되신 분들은 JMH 설치 설치 및 설정 방법 글을 참고 하기 바란다.

[엔지니어링/성능과 튜닝] - [성능과 튜닝] JMH 설치 및 설정 방법

Set 클래스 중 무엇이 가장 빠를까?

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Set 관련 클래스들의 성능을 비교해 보기 위해 아래와 같이 JMH 테스트 코드를 만들었다.

데이터를 담을 때 얼마나 시간 차이가 발생하는지 확인해 보자.

@State(Scope.Thread)
@BenchmarkMode({Mode.AverageTime})
@OutputTimeUnit(TimeUnit.MILLISECONDS)
public class SetAdd {

    int LOOP_CONUT = 1000;
    Set<String> set;
    String data = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz";

    @Benchmark
    public void addHashSet() {
        
        set = new HashSet<String>();
        for (int loop = 0; loop < LOOP_CONUT; loop++) {
            set.add(data + loop);
        }
    }

    @Benchmark
    public void addTreeSet() {
        
        set = new TreeSet<String>();
        for (int loop = 0; loop < LOOP_CONUT; loop++) {
            set.add(data + loop);
        }
    }

    @Benchmark
    public void addLinkedHashSet() {
        
        set = new LinkedHashSet<String>();
        for (int loop = 0; loop < LOOP_CONUT; loop++) {
            set.add(data + loop);
        }
    }

    @Benchmark
    public void addHashSetWithInitialSize() {
        
        set = new HashSet<String>(LOOP_CONUT);
        for (int loop = 0; loop < LOOP_CONUT; loop++) {
            set.add(data + loop);
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) throws RunnerException {
        Options opt = new OptionsBuilder()
                .include(SetAdd.class.getSimpleName())
                .forks(1)
                .build();

        new Runner(opt).run();
    }
}

HashSet과 LinkedHashSet의 성능이 비슷하고, TreeSet은 성능 차이가 발생한다. 또한 데이터 크기를 미리 알고 있을 때 미세하지만 성능상 유리하다.

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이번에는 Set 클래스들이 데이터를 읽을 떄 얼마나 차이가 발생하는지 확인해 보자.

@State(Scope.Thread)
@BenchmarkMode({Mode.AverageTime})
@OutputTimeUnit(TimeUnit.MILLISECONDS)
public class SetIterate {

    int LOOP_COUNT = 1000;
    Set<String> hashSet;
    Set<String> treeSet;
    Set<String> linkedHashSet;
    
    String data = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz";
    String[] keys;
    
    String result = null;
    
    @Setup(Level.Trial)
    public void setUp() {
        
        hashSet = new HashSet<String>();
        treeSet = new TreeSet<String>();
        linkedHashSet = new LinkedHashSet<>();
        
        for (int loop = 0; loop < LOOP_COUNT; loop++) {
            
            String tempData = data + loop;
            hashSet.add(tempData);
            treeSet.add(tempData);
            linkedHashSet.add(tempData);
        }
    }
    
    @Benchmark
    public void iteaterHashSet() {
        
        Iterator<String> iter = hashSet.iterator();
        while(iter.hasNext()) {
            result = iter.next();
        }
    }
    
    @Benchmark
    public void iterateTreeSet() {
        
        Iterator<String> iter = treeSet.iterator();
        while (iter.hasNext()) {
            result = iter.next();
        }
    }

    @Benchmark
    public void iterateLinkedHashSet() {
        
        Iterator<String> iter = linkedHashSet.iterator();
        while (iter.hasNext()) {
            result = iter.next();
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) throws RunnerException {
        Options opt = new OptionsBuilder()
                .include(SetIterate.class.getSimpleName())
                .forks(1)
                .build();

        new Runner(opt).run();
    }
}

LinkedHashSet이 가장 빠르고, HashSet, TreeSet 순으롣 데이터를 가져오는 속도가 느려진다.

일반적으로 Set은 여러 데이터를 넣어 두고 해당 데이터가 존재하는지를 확인하는 용도로 많이 사용된다. 따라서 데이터를 램덤하게 가져와서 재 테스트를 해보자.

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public class RandomKeyUtil {

    public static String[] generateRandomSetKeysSwap(Set<String> set) {
        
        int size = set.size();
        String[] result = new String[size];
        Random random = new Random();
        int maxNumber = size;
        Iterator<String> iterator = set.iterator();
        int resultPos = 0;
        
        while (iterator.hasNext()) {
            result[resultPos++] = iterator.next();
        }
        
        for (int loop = 0; loop < size; loop++) {
            
            int randomNumber1 = random.nextInt(maxNumber);
            int randomNumber2 = random.nextInt(maxNumber);
            String temp = result[randomNumber2];
            result[randomNumber2] = result[randomNumber1];
            result[randomNumber1] = temp;
        }
        return result;
    }

    public static int[] generateRandomNumberKeysSwap(int loop_count) {
        
        int[] result = new int[loop_count];
        Random random = new Random();
        
        for (int i = 0; i < loop_count; i++) {
            int randomNumber = random.nextInt(loop_count);
            result[i] = randomNumber;
        }
        return result;
    }
}

@State(Scope.Thread)
@BenchmarkMode({Mode.AverageTime})
@OutputTimeUnit(TimeUnit.MILLISECONDS)
public class SetContains {

    int LOOP_COUNT = 1000;
    Set<String> hashSet;
    Set<String> treeSet;
    Set<String> linkedHashSet;
    
    String data = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz";
    String[] keys;

    String result = null;

    @Setup(Level.Trial)
    public void setUp() {

        hashSet = new HashSet<String>();
        treeSet = new TreeSet<String>();
        linkedHashSet = new LinkedHashSet<>();

        for (int loop = 0; loop < LOOP_COUNT; loop++) {

            String tempData = data + loop;
            hashSet.add(tempData);
            treeSet.add(tempData);
            linkedHashSet.add(tempData);
        }

        if (keys == null || keys.length != LOOP_COUNT) {
            keys = RandomKeyUtil.generateRandomSetKeysSwap(hashSet);
        }
    }

    @Benchmark
    public void containsHashSet() {

        for (String key : keys) {
            hashSet.contains(key);
        }
    }

    @Benchmark
    public void containsTreeSet() {

        for (String key : keys) {
            treeSet.contains(key);
        }
    }

    @Benchmark
    public void containsLinkedHashSet() {

        for (String key : keys) {
            linkedHashSet.contains(key);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws RunnerException {
        Options opt = new OptionsBuilder()
                .include(SetContains.class.getSimpleName())
                .forks(1)
                .build();

        new Runner(opt).run();
    }
}

HashSet과 LinkedHashSet의 속도는 빠르지만, TreeSet의 속도는 느리다는 것을 알 수 있다. TreeSet을 만든 이유가 무엇일까?

public class TreeSet<E> extends AbstractSet<E>
    implements NavigableSet<E>, Cloneable, java.io.Serializable

TreeSet은 데이터를 저장하면서 정렬한다. TreeSet 인터페이스 중에 NavigableSet이 있다. 이 인터페이스는 특정 값보다 큰 값이나, 작은 값, 가장 큰 값, 가장 작은 값 등을 추출하는 메서드를 선언해 놓았으며 JDK 1.6부터 추가된 것이다.

즉, 데이터를 순서에 따라 탐색하는 작업이 필요 할때는 TreeSet을 사용하는 것이 좋다. 그럴 필요가 없을 때는 HashSet이나 LinkedHashSet을 사용하는 것을 권장한다.