面试题：JavaScript数组长度动态管理与性能优化

Question

在一个频繁进行数组长度动态调整（增加和减少）的场景下，例如在一个实时数据处理系统中，不断有新数据添加到数组，同时也会根据一定规则删除数组中的旧数据。请分析在这种情况下，使用JavaScript原生数组的 `push`、`pop`、`shift`、`unshift` 等方法动态管理数组长度，可能会遇到哪些性能问题，并提出至少两种优化方案，包括原理和示例代码。

Answer 1

性能问题分析

1. 内存重新分配：JavaScript 原生数组在长度动态变化时，可能会频繁触发内存重新分配。例如当数组元素增多，当前内存空间不足时，需要开辟新的更大内存空间，并将原数组内容复制过去，这一过程开销较大。
2. 方法复杂度：shift 和 unshift 方法的时间复杂度在最坏情况下为 O(n)，因为它们需要移动数组中的所有元素来调整索引。当数组元素较多时，频繁调用这两个方法会导致性能下降。

优化方案

1. 使用链表数据结构代替数组
   • 原理：链表是一种链式存储结构，插入和删除操作不需要移动大量元素，只需修改指针指向。对于频繁的增加和删除操作，链表具有更好的性能。
   • 示例代码：

class Node {
    constructor(value) {
        this.value = value;
        this.next = null;
    }
}

class LinkedList {
    constructor() {
        this.head = null;
        this.tail = null;
    }

    add(value) {
        const newNode = new Node(value);
        if (!this.head) {
            this.head = newNode;
            this.tail = newNode;
        } else {
            this.tail.next = newNode;
            this.tail = newNode;
        }
    }

    removeHead() {
        if (!this.head) return;
        if (this.head === this.tail) {
            this.head = null;
            this.tail = null;
        } else {
            this.head = this.head.next;
        }
    }
}

2. 批量操作代替频繁单个操作
   • 原理：减少数组长度动态调整的频率，将多次小的添加或删除操作合并为一次大的操作。这样可以减少内存重新分配和索引调整的次数。
   • 示例代码：

// 模拟批量添加数据
function batchPush(arr, newData) {
    arr.push(...newData);
}

// 模拟批量删除数据
function batchRemove(arr, indicesToRemove) {
    return arr.filter((_, index) =>!indicesToRemove.includes(index));
}

// 使用示例
const myArray = [1, 2, 3, 4, 5];
const newData = [6, 7, 8];
batchPush(myArray, newData);
const indicesToRemove = [1, 3];
const result = batchRemove(myArray, indicesToRemove);
console.log(result);