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ArrayList和LinkedList的几种循环遍历方式及性能对比分析
阅读量:5824 次
发布时间:2019-06-18

本文共 9800 字,大约阅读时间需要 32 分钟。

hot3.png

主要介绍ArrayList和LinkedList这两种list的五种循环遍历方式,各种方式的性能测试对比,根据ArrayList和LinkedList的源码实现分析性能结果,总结结论

通过本文你可以了解(1)List的五种遍历方式及各自性能 (2)foreach及Iterator的实现 (3)加深对ArrayList和LinkedList实现的了解。
1. List的五种遍历方式

下面只是简单介绍各种遍历示例(以ArrayList为例),各自优劣会在本文后面进行分析给出结论。

(1) for each循环

List
 list = new ArrayList
();for (Integer j : list) {// use j}

(2) 显示调用集合迭代器

List
 list = new ArrayList
();for (Iterator
 iterator = list.iterator(); iterator.hasNext();) {iterator.next();}

List
 list = new ArrayList
();Iterator
 iterator = list.iterator();while (iterator.hasNext()) {iterator.next();}

(3) 下标递增循环,终止条件为每次调用size()函数比较判断

List
 list = new ArrayList
();for (int j = 0; j < list.size(); j++) {list.get(j);}

(4) 下标递增循环,终止条件为和等于size()的临时变量比较判断

List
 list = new ArrayList
();int size = list.size();for (int j = 0; j < size; j++) {list.get(j);}

(5) 下标递减循环

List
 list = new ArrayList
();for (int j = list.size() - 1; j >= 0; j--) {list.get(j);}

在测试前大家可以根据对ArrayList和LinkedList数据结构及Iterator的了解,想想上面五种遍历方式哪个性能更优。

 

2、List五种遍历方式的性能测试及对比

以下是性能测试代码,会输出不同数量级大小的ArrayList和LinkedList各种遍历方式所花费的时间。

ArrayList和LinkedList循环性能对比测试代码

PS:如果运行报异常in thread “main” java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space,请将main函数里面list size的大小减小。

其中getArrayLists函数会返回不同size的ArrayList,getLinkedLists函数会返回不同size的LinkedList。

loopListCompare函数会分别用上面的遍历方式1-5去遍历每一个list数组(包含不同大小list)中的list。
print开头函数为输出辅助函数。

 测试环境为Windows7 32位系统 3.2G双核CPU 4G内存,Java 7,Eclipse -Xms512m -Xmx512m

最终测试结果如下:

compare loop performance of ArrayList-----------------------------------------------------------------------list size              | 10,000    | 100,000   | 1,000,000 | 10,000,000 -----------------------------------------------------------------------for each               | 1 ms      | 3 ms      | 14 ms     | 152 ms    -----------------------------------------------------------------------for iterator           | 0 ms      | 1 ms      | 12 ms     | 114 ms    -----------------------------------------------------------------------for list.size()        | 1 ms      | 1 ms      | 13 ms     | 128 ms    -----------------------------------------------------------------------for size = list.size() | 0 ms      | 0 ms      | 6 ms      | 62 ms     -----------------------------------------------------------------------for j--                | 0 ms      | 1 ms      | 6 ms      | 63 ms     ----------------------------------------------------------------------- compare loop performance of LinkedList-----------------------------------------------------------------------list size              | 100       | 1,000     | 10,000    | 100,000   -----------------------------------------------------------------------for each               | 0 ms      | 1 ms      | 1 ms      | 2 ms      -----------------------------------------------------------------------for iterator           | 0 ms      | 0 ms      | 0 ms      | 2 ms      -----------------------------------------------------------------------for list.size()        | 0 ms      | 1 ms      | 73 ms     | 7972 ms   -----------------------------------------------------------------------for size = list.size() | 0 ms      | 0 ms      | 67 ms     | 8216 ms   -----------------------------------------------------------------------for j--                | 0 ms      | 1 ms      | 67 ms     | 8277 ms   -----------------------------------------------------------------------

第一张表为ArrayList对比结果,第二张表为LinkedList对比结果。

表横向为同一遍历方式不同大小list遍历的时间消耗,纵向为同一list不同遍历方式遍历的时间消耗。

PS:由于首次遍历List会稍微多耗时一点,for each的结果稍微有点偏差,将测试代码中的几个Type顺序调换会发现,for each耗时和for iterator接近。

 

3、遍历方式性能测试结果分析

(1) foreach介绍
foreach是Java SE5.0引入的功能很强的循环结构,for (Integer j : list)应读作for each int in list。
for (Integer j : list)实现几乎等价于

Iterator
 iterator = list.iterator();while(iterator.hasNext()) {Integer j = iterator.next();}

下面的分析会将foreach和显示调用集合迭代器两种遍历方式归类为Iterator方式,其他三种称为get方式遍历。

这时我们已经发现foreach的一大好处,简单一行实现了四行的功能,使得代码简洁美观,另一大好处是相对于下标循环而言的,foreach不必关心下标初始值和终止值及越界等,所以不易出错。中推荐使用此种写法遍历,本文会验证这个说法。

 使用foreach结构的类对象必须实现了Iterable接口,Java的Collection继承自此接口,List实现了Collection,这个接口仅包含一个函数,源码如下:

package java.lang; import java.util.Iterator; /** * Implementing this interface allows an object to be the target of * the "foreach" statement. * * @param 
 the type of elements returned by the iterator * * @since 1.5 */public interface Iterable
 {     /**     * Returns an iterator over a set of elements of type T.     *     * @return an Iterator.     */    Iterator
 iterator();}

iterator()用于返回一个Iterator,从foreach的等价实现中我们可以看到,会调用这个函数得到Iterator,再通过Iterator的next()得到下一个元素,hasNext()判断是否还有更多元素。Iterator源码如下:

public interface Iterator
 {    boolean hasNext();     E next();     void remove();}

(2) ArrayList遍历方式结果分析

compare loop performance of ArrayList-----------------------------------------------------------------------list size              | 10,000    | 100,000   | 1,000,000 | 10,000,000 -----------------------------------------------------------------------for each               | 1 ms      | 3 ms      | 14 ms     | 152 ms    -----------------------------------------------------------------------for iterator           | 0 ms      | 1 ms      | 12 ms     | 114 ms    -----------------------------------------------------------------------for list.size()        | 1 ms      | 1 ms      | 13 ms     | 128 ms    -----------------------------------------------------------------------for size = list.size() | 0 ms      | 0 ms      | 6 ms      | 62 ms     -----------------------------------------------------------------------for j--                | 0 ms      | 1 ms      | 6 ms      | 63 ms     -----------------------------------------------------------------------

PS:由于首次遍历List会稍微多耗时一点,for each的结果稍微有点偏差,将测试代码中的几个Type顺序调换会发现,for each耗时和for iterator接近。

从上面我们可以看出:

a. 在ArrayList大小为十万之前,五种遍历方式时间消耗几乎一样
b. 在十万以后,第四、五种遍历方式快于前三种,get方式优于Iterator方式,并且

int size = list.size();for (int j = 0; j < size; j++) {list.get(j);}

用临时变量size取代list.size()性能更优。我们看看ArrayList中迭代器Iterator和get方法的实现

private class Itr implements Iterator
 {int cursor;       // index of next element to returnint lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no suchint expectedModCount = modCount; public boolean hasNext() {return cursor != size;} @SuppressWarnings("unchecked")public E next() {checkForComodification();int i = cursor;if (i >= size)throw new NoSuchElementException();Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;if (i >= elementData.length)throw new ConcurrentModificationException();cursor = i + 1;return (E) elementData[lastRet = i];}……} public E get(int index) {rangeCheck(index); return elementData(index);}

从中可以看出get和Iterator的next函数同样通过直接定位数据获取元素,只是多了几个判断而已。

c . 从上可以看出即便在千万大小的ArrayList中,几种遍历方式相差也不过50ms左右,且在常用的十万左右时间几乎相等,考虑foreach的优点,我们大可选用foreach这种简便方式进行遍历。

(3) LinkedList遍历方式结果分析

compare loop performance of LinkedList-----------------------------------------------------------------------list size              | 100       | 1,000     | 10,000    | 100,000   -----------------------------------------------------------------------for each               | 0 ms      | 1 ms      | 1 ms      | 2 ms      -----------------------------------------------------------------------for iterator           | 0 ms      | 0 ms      | 0 ms      | 2 ms      -----------------------------------------------------------------------for list.size()        | 0 ms      | 1 ms      | 73 ms     | 7972 ms   -----------------------------------------------------------------------for size = list.size() | 0 ms      | 0 ms      | 67 ms     | 8216 ms   -----------------------------------------------------------------------for j--                | 0 ms      | 1 ms      | 67 ms     | 8277 ms   -----------------------------------------------------------------------

PS:由于首次遍历List会稍微多耗时一点,for each的结果稍微有点偏差,将测试代码中的几个Type顺序调换会发现,for each耗时和for iterator接近。

从上面我们可以看出:

a 在LinkedList大小接近一万时,get方式和Iterator方式就已经差了差不多两个数量级,十万时Iterator方式性能已经远胜于get方式。
我们看看LinkedList中迭代器和get方法的实现

private class ListItr implements ListIterator
 {private Node
 lastReturned = null;private Node
 next;private int nextIndex;private int expectedModCount = modCount; ListItr(int index) {// assert isPositionIndex(index);next = (index == size) ? null : node(index);nextIndex = index;} public boolean hasNext() {return nextIndex < size;} public E next() {checkForComodification();if (!hasNext())throw new NoSuchElementException(); lastReturned = next;next = next.next;nextIndex++;return lastReturned.item;}……} public E get(int index) {checkElementIndex(index);return node(index).item;} /** * Returns the (non-null) Node at the specified element index. */Node
 node(int index) {// assert isElementIndex(index); if (index < (size >> 1)) {Node
 x = first;for (int i = 0; i < index; i++)x = x.next;return x;} else {Node
 x = last;for (int i = size - 1; i > index; i--)x = x.prev;return x;}}

从上面代码中可以看出LinkedList迭代器的next函数只是通过next指针快速得到下一个元素并返回。而get方法会从头遍历直到index下标,查找一个元素时间复杂度为哦O(n),遍历的时间复杂度就达到了O(n2)。

所以对于LinkedList的遍历推荐使用foreach,避免使用get方式遍历。

 (4) ArrayList和LinkedList遍历方式结果对比分析

从上面的数量级来看,同样是foreach循环遍历,ArrayList和LinkedList时间差不多,可将本例稍作修改加大list size会发现两者基本在一个数量级上。

但ArrayList get函数直接定位获取的方式时间复杂度为O(1),而LinkedList的get函数时间复杂度为O(n)。
再结合考虑空间消耗的话,建议首选ArrayList。对于个别插入删除非常多的可以使用LinkedList。

 4、结论总结

通过上面的分析我们基本可以总结下:

(1) 无论ArrayList还是LinkedList,遍历建议使用foreach,尤其是数据量较大时LinkedList避免使用get遍历。
(2) List使用首选ArrayList。对于个别插入删除非常多的可以使用LinkedList。
(3) 可能在遍历List循环内部需要使用到下标,这时综合考虑下是使用foreach和自增count还是get方式。

转载于:https://my.oschina.net/u/2553223/blog/650972

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