主要介紹
ArrayList和LinkedList這兩種list的五種循環遍歷方式，各種方式的性能測試對比，根據ArrayList和LinkedList的源碼實現分析性能結果，總結結論。
通過本文你可以瞭解(1)List的五種遍歷方式及各自性能 (2)foreach及Iterator的實現 (3)加深對ArrayList和LinkedList實現的瞭解。
閱讀本文前希望你已經瞭解ArrayList順序存儲和LinkedList鏈式的結構，本文不對此進行介紹。
1. List的五種遍歷方式
下面只是簡單介紹各種遍歷示例(以ArrayList爲例)，各自優劣會在本文後面進行分析給出結論。
(1) for each循環
1 2 3 4 | List<Integer> list = new ArrayList<Integer>(); for (Integer j : list) { // use j } |
(2) 顯示調用集合迭代器
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List<Integer>
list
=
new
ArrayList<Integer>();
for
(Iterator<Integer>
iterator
=
list.iterator();
iterator.hasNext();)
{
iterator.next();
}
|
或
1 2 3 4 5 | List<Integer> list = new ArrayList<Integer>(); Iterator<Integer> iterator = list.iterator(); while (iterator.hasNext()) { iterator.next(); } |
(3) 下標遞增循環，終止條件爲每次調用size()函數比較判斷
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4
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List<Integer>
list
=
new
ArrayList<Integer>();
for
(int
j
=
0;
j
<
list.size();
j++)
{
list.get(j);
}
|
(4) 下標遞增循環，終止條件爲和等於size()的臨時變量比較判斷
1 2 3 4 5 | List<Integer> list = new ArrayList<Integer>(); int size = list.size(); for (int j = 0; j < size; j++) { list.get(j); } |
(5) 下標遞減循環
|
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List<Integer>
list
=
new
ArrayList<Integer>();
for
(int
j
=
list.size()
-
1;
j
>=
0;
j--)
{
list.get(j);
}
|
在測試前大家可以根據對ArrayList和LinkedList數據結構及Iterator的瞭解，想想上面五種遍歷方式哪個性能更優。
2、List五種遍歷方式的性能測試及對比
以下是性能測試代碼，會輸出不同數量級大小的ArrayList和LinkedList各種遍歷方式所花費的時間。
PS：如果運行報異常in thread “main” java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space，請將main函數裏面list size的大小減小。
其中getArrayLists函數會返回不同size的ArrayList，getLinkedLists函數會返回不同size的LinkedList。
loopListCompare函數會分別用上面的遍歷方式1-5去遍歷每一個list數組(包含不同大小list)中的list。
print開頭函數爲輸出輔助函數。
測試環境爲Windows7 32位系統 3.2G雙核CPU 4G內存，Java 7，Eclipse -Xms512m -Xmx512m
最終測試結果如下：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 | 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 ----------------------------------------------------------------------- |
第一張表爲ArrayList對比結果，第二張表爲LinkedList對比結果。
表橫向爲同一遍歷方式不同大小list遍歷的時間消耗，縱向爲同一list不同遍歷方式遍歷的時間消耗。
PS：由於首次遍歷List會稍微多耗時一點，for each的結果稍微有點偏差，將測試代碼中的幾個Type順序調換會發現，for each耗時和for iterator接近。
3、遍歷方式性能測試結果分析
(1) foreach介紹
foreach是Java SE5.0引入的功能很強的循環結構，for (Integer j : list)應讀作for each int in list。
for (Integer j : list)實現幾乎等價於
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Iterator<Integer>
iterator
=
list.iterator();
while(iterator.hasNext())
{
Integer
j
=
iterator.next();
}
|
下面的分析會將foreach和顯示調用集合迭代器兩種遍歷方式歸類爲Iterator方式，其他三種稱爲get方式遍歷。
這時我們已經發現foreach的一大好處，簡單一行實現了四行的功能，使得代碼簡潔美觀，另一大好處是相對於下標循環而言的，foreach不必關心下標初始值和終止值及越界等，所以不易出錯。Effective-Java中推薦使用此種寫法遍歷，本文會驗證這個說法。
使用foreach結構的類對象必須實現了Iterable接口，Java的Collection繼承自此接口，List實現了Collection，這個接口僅包含一個函數，源碼如下：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 | package java.lang; import java.util.Iterator; /** * Implementing this interface allows an object to be the target of * the "foreach" statement. * * @param <T> the type of elements returned by the iterator * * @since 1.5 */ public interface Iterable<T> { /** * Returns an iterator over a set of elements of type T. * * @return an Iterator. */ Iterator<T> iterator(); } |
iterator()用於返回一個Iterator，從foreach的等價實現中我們可以看到，會調用這個函數得到Iterator，再通過Iterator的next()得到下一個元素，hasNext()判斷是否還有更多元素。Iterator源碼如下：
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public
interface
Iterator<E>
{
boolean
hasNext();
E
next();
void
remove();
}
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(2) ArrayList遍歷方式結果分析
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 | 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：由於首次遍歷List會稍微多耗時一點，for each的結果稍微有點偏差，將測試代碼中的幾個Type順序調換會發現，for each耗時和for iterator接近。
從上面我們可以看出：
a. 在ArrayList大小爲十萬之前，五種遍歷方式時間消耗幾乎一樣
b. 在十萬以後，第四、五種遍歷方式快於前三種，get方式優於Iterator方式，並且
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int
size
=
list.size();
for
(int
j
=
0;
j
<
size;
j++)
{
list.get(j);
}
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用臨時變量size取代list.size()性能更優。我們看看ArrayList中迭代器Iterator和get方法的實現
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從中可以看出get和Iterator的next函數同樣通過直接定位數據獲取元素，只是多了幾個判斷而已。
c . 從上可以看出即便在千萬大小的ArrayList中，幾種遍歷方式相差也不過50ms左右，且在常用的十萬左右時間幾乎相等，考慮foreach的優點，我們大可選用foreach這種簡便方式進行遍歷。
(3) LinkedList遍歷方式結果分析
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compare
loop
performance
of
LinkedList
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list
size |
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1,000
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10,000 |
100,000
-----------------------------------------------------------------------
for
each
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0
ms |
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2
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-----------------------------------------------------------------------
for
iterator
|
0
ms |
0
ms |
0
ms |
2
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-----------------------------------------------------------------------
for
list.size() |
0
ms |
1
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7972
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-----------------------------------------------------------------------
for
size
=
list.size()
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0
ms |
0
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67
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8216
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-----------------------------------------------------------------------
for
j-- |
0
ms |
1
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8277
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PS：由於首次遍歷List會稍微多耗時一點，for each的結果稍微有點偏差，將測試代碼中的幾個Type順序調換會發現，for each耗時和for iterator接近。
從上面我們可以看出：
a 在LinkedList大小接近一萬時，get方式和Iterator方式就已經差了差不多兩個數量級，十萬時Iterator方式性能已經遠勝於get方式。
我們看看LinkedList中迭代器和get方法的實現
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從上面代碼中可以看出LinkedList迭代器的next函數只是通過next指針快速得到下一個元素並返回。而get方法會從頭遍歷直到index下標，查找一個元素時間複雜度爲哦O(n)，遍歷的時間複雜度就達到了O(n2)。
所以對於LinkedList的遍歷推薦使用foreach，避免使用get方式遍歷。
(4) ArrayList和LinkedList遍歷方式結果對比分析
從上面的數量級來看，同樣是foreach循環遍歷，ArrayList和LinkedList時間差不多，可將本例稍作修改加大list size會發現兩者基本在一個數量級上。
但ArrayList get函數直接定位獲取的方式時間複雜度爲O(1)，而LinkedList的get函數時間複雜度爲O(n)。
再結合考慮空間消耗的話，建議首選ArrayList。對於個別插入刪除非常多的可以使用LinkedList。
4、結論總結
通過上面的分析我們基本可以總結下：
(1) 無論ArrayList還是LinkedList，遍歷建議使用foreach，尤其是數據量較大時LinkedList避免使用get遍歷。
(2) List使用首選ArrayList。對於個別插入刪除非常多的可以使用LinkedList。
(3) 可能在遍歷List循環內部需要使用到下標，這時綜合考慮下是使用foreach和自增count還是get方式。
ArrayList和LinkedList的幾種循環遍歷方式及性能對比分析
主要介紹ArrayList和LinkedList這兩種list的五種循環遍歷方式，各種方式的性能測試對比，根據ArrayList和LinkedList的源碼實現分析性能結果，總結結論。
通過本文你可以瞭解(1)List的五種遍歷方式及各自性能 (2)foreach及Iterator的實現 (3)加深對ArrayList和LinkedList實現的瞭解。
閱讀本文前希望你已經瞭解ArrayList順序存儲和LinkedList鏈式的結構，本文不對此進行介紹。
1. List的五種遍歷方式
下面只是簡單介紹各種遍歷示例(以ArrayList爲例)，各自優劣會在本文後面進行分析給出結論。
(1) for each循環
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List<Integer>
list
=
new
ArrayList<Integer>();
for
(Integer
j
:
list)
{
//
use j
}
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(2) 顯示調用集合迭代器
1 2 3 4 | List<Integer> list = new ArrayList<Integer>(); for (Iterator<Integer> iterator = list.iterator(); iterator.hasNext();) { iterator.next(); } |
或
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List<Integer>
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new
ArrayList<Integer>();
Iterator<Integer>
iterator
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list.iterator();
while
(iterator.hasNext())
{
iterator.next();
}
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(3) 下標遞增循環，終止條件爲每次調用size()函數比較判斷
1 2 3 4 | List<Integer> list = new ArrayList<Integer>(); for (int j = 0; j < list.size(); j++) { list.get(j); } |
(4) 下標遞增循環，終止條件爲和等於size()的臨時變量比較判斷
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List<Integer>
list
=
new
ArrayList<Integer>();
int
size
=
list.size();
for
(int
j
=
0;
j
<
size;
j++)
{
list.get(j);
}
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(5) 下標遞減循環
1 2 3 4 | List<Integer> list = new ArrayList<Integer>(); for (int j = list.size() - 1; j >= 0; j--) { list.get(j); } |
在測試前大家可以根據對ArrayList和LinkedList數據結構及Iterator的瞭解，想想上面五種遍歷方式哪個性能更優。
2、List五種遍歷方式的性能測試及對比
以下是性能測試代碼，會輸出不同數量級大小的ArrayList和LinkedList各種遍歷方式所花費的時間。
PS：如果運行報異常in thread “main” java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space，請將main函數裏面list size的大小減小。
其中getArrayLists函數會返回不同size的ArrayList，getLinkedLists函數會返回不同size的LinkedList。
loopListCompare函數會分別用上面的遍歷方式1-5去遍歷每一個list數組(包含不同大小list)中的list。
print開頭函數爲輸出輔助函數。
測試環境爲Windows7 32位系統 3.2G雙核CPU 4G內存，Java 7，Eclipse -Xms512m -Xmx512m
最終測試結果如下：
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compare
loop
performance
of
ArrayList
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list
size |
10,000 |
100,000
|
1,000,000
|
10,000,000
-----------------------------------------------------------------------
for
each
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1
ms |
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ms |
14
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-----------------------------------------------------------------------
for
iterator
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for
list.size() |
1
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for
size
=
list.size()
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0
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for
j-- |
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compare
loop
performance
of
LinkedList
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list
size |
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10,000 |
100,000
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for
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for
iterator
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for
list.size() |
0
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for
size
=
list.size()
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第一張表爲ArrayList對比結果，第二張表爲LinkedList對比結果。
表橫向爲同一遍歷方式不同大小list遍歷的時間消耗，縱向爲同一list不同遍歷方式遍歷的時間消耗。
PS：由於首次遍歷List會稍微多耗時一點，for each的結果稍微有點偏差，將測試代碼中的幾個Type順序調換會發現，for each耗時和for iterator接近。
3、遍歷方式性能測試結果分析
(1) foreach介紹
foreach是Java SE5.0引入的功能很強的循環結構，for (Integer j : list)應讀作for each int in list。
for (Integer j : list)實現幾乎等價於
1 2 3 4 | Iterator<Integer> iterator = list.iterator(); while(iterator.hasNext()) { Integer j = iterator.next(); } |
下面的分析會將foreach和顯示調用集合迭代器兩種遍歷方式歸類爲Iterator方式，其他三種稱爲get方式遍歷。
這時我們已經發現foreach的一大好處，簡單一行實現了四行的功能，使得代碼簡潔美觀，另一大好處是相對於下標循環而言的，foreach不必關心下標初始值和終止值及越界等，所以不易出錯。Effective-Java中推薦使用此種寫法遍歷，本文會驗證這個說法。
使用foreach結構的類對象必須實現了Iterable接口，Java的Collection繼承自此接口，List實現了Collection，這個接口僅包含一個函數，源碼如下：
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package
java.lang;
import
java.util.Iterator;
/**
*
Implementing this interface allows an object to be the target of
*
the "foreach" statement.
*
*
@param <T> the type of elements returned by the iterator
*
*
@since 1.5
*/
public
interface
Iterable<T>
{
/**
* Returns an iterator over a set of elements of type T.
*
* @return an Iterator.
*/
Iterator<T>
iterator();
}
|
iterator()用於返回一個Iterator，從foreach的等價實現中我們可以看到，會調用這個函數得到Iterator，再通過Iterator的next()得到下一個元素，hasNext()判斷是否還有更多元素。Iterator源碼如下：
1 2 3 4 5 6 7 | public interface Iterator<E> { boolean hasNext(); E next(); void remove(); } |
(2) ArrayList遍歷方式結果分析
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performance
of
ArrayList
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list
size |
10,000 |
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1,000,000
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10,000,000
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for
each
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for
iterator
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0
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for
list.size() |
1
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for
size
=
list.size()
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62
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-----------------------------------------------------------------------
for
j-- |
0
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1
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63
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-----------------------------------------------------------------------
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PS：由於首次遍歷List會稍微多耗時一點，for each的結果稍微有點偏差，將測試代碼中的幾個Type順序調換會發現，for each耗時和for iterator接近。
從上面我們可以看出：
a. 在ArrayList大小爲十萬之前，五種遍歷方式時間消耗幾乎一樣
b. 在十萬以後，第四、五種遍歷方式快於前三種，get方式優於Iterator方式，並且
1 2 3 4 | int size = list.size(); for (int j = 0; j < size; j++) { list.get(j); } |
用臨時變量size取代list.size()性能更優。我們看看ArrayList中迭代器Iterator和get方法的實現
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private
class
Itr
implements
Iterator<E>
{
int
cursor;
//
index of next element to return
int
lastRet
=
-1;
//
index of last element returned; -1 if no such
int
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);
}
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從中可以看出get和Iterator的next函數同樣通過直接定位數據獲取元素，只是多了幾個判斷而已。
c . 從上可以看出即便在千萬大小的ArrayList中，幾種遍歷方式相差也不過50ms左右，且在常用的十萬左右時間幾乎相等，考慮foreach的優點，我們大可選用foreach這種簡便方式進行遍歷。
(3) LinkedList遍歷方式結果分析
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 | 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：由於首次遍歷List會稍微多耗時一點，for each的結果稍微有點偏差，將測試代碼中的幾個Type順序調換會發現，for each耗時和for iterator接近。
從上面我們可以看出：
a 在LinkedList大小接近一萬時，get方式和Iterator方式就已經差了差不多兩個數量級，十萬時Iterator方式性能已經遠勝於get方式。
我們看看LinkedList中迭代器和get方法的實現
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|
private
class
ListItr
implements
ListIterator<E>
{
private
Node<E>
lastReturned
=
null;
private
Node<E>
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<E>
node(int
index)
{
//
assert isElementIndex(index);
if
(index
<
(size
>>
1))
{
Node<E>
x
=
first;
for
(int
i
=
0;
i
<
index;
i++)
x
=
x.next;
return
x;
}
else
{
Node<E>
x
=
last;
for
(int
i
=
size
-
1;
i
>
index;
i--)
x
=
x.prev;
return
x;
}
}
|
從上面代碼中可以看出LinkedList迭代器的next函數只是通過next指針快速得到下一個元素並返回。而get方法會從頭遍歷直到index下標，查找一個元素時間複雜度爲哦O(n)，遍歷的時間複雜度就達到了O(n2)。
所以對於LinkedList的遍歷推薦使用foreach，避免使用get方式遍歷。
(4) ArrayList和LinkedList遍歷方式結果對比分析
從上面的數量級來看，同樣是foreach循環遍歷，ArrayList和LinkedList時間差不多，可將本例稍作修改加大list size會發現兩者基本在一個數量級上。
但ArrayList get函數直接定位獲取的方式時間複雜度爲O(1)，而LinkedList的get函數時間複雜度爲O(n)。
再結合考慮空間消耗的話，建議首選ArrayList。對於個別插入刪除非常多的可以使用LinkedList。
4、結論總結
通過上面的分析我們基本可以總結下：
(1) 無論ArrayList還是LinkedList，遍歷建議使用foreach，尤其是數據量較大時LinkedList避免使用get遍歷。
(2) List使用首選ArrayList。對於個別插入刪除非常多的可以使用LinkedList。
(3) 可能在遍歷List循環內部需要使用到下標，這時綜合考慮下是使用foreach和自增count還是get方式。