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。
阅读本文前希望你已经了解ArrayList顺序存储和LinkedList链式的结构,本文不对此进行介绍。
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
1 2 3 4 | List<Integer> list = new ArrayList<Integer>(); for (Integer j : list) { // use j } |
(2) 显示调用集合迭代器
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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) 下标递增循环,终止条件为每次调用size()函数比较判断
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|
List<Integer>
list
=
new
ArrayList<Integer>();
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
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) 下标递减循环
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|
List<Integer>
list
=
new
ArrayList<Integer>();
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。
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:
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
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|
Iterator<Integer>
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。Effective-Java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:
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:
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|
public
interface
Iterator<E>
{
boolean
hasNext();
E
next();
void
remove();
}
|
(2) ArrayList遍历方式结果分析
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
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|
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
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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
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compare
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performance
of
LinkedList
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list
size |
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10,000 |
100,000
-----------------------------------------------------------------------
for
each
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0
ms |
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for
iterator
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0
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0
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0
ms |
2
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-----------------------------------------------------------------------
for
list.size() |
0
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1
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73
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7972
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-----------------------------------------------------------------------
for
size
=
list.size()
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0
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67
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8216
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-----------------------------------------------------------------------
for
j-- |
0
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1
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-----------------------------------------------------------------------
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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
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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。
ArrayList和LinkedList的几种循环遍历方式及性能对比分析
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。
阅读本文前希望你已经了解ArrayList顺序存储和LinkedList链式的结构,本文不对此进行介绍。
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
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List<Integer>
list
=
new
ArrayList<Integer>();
for
(Integer
j
:
list)
{
//
use j
}
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(2) 显示调用集合迭代器
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
=
list.iterator();
while
(iterator.hasNext())
{
iterator.next();
}
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(3) 下标递增循环,终止条件为每次调用size()函数比较判断
1 2 3 4 | List<Integer> list = new ArrayList<Integer>(); 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
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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) 下标递减循环
1 2 3 4 | List<Integer> list = new ArrayList<Integer>(); 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。
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:
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compare
loop
performance
of
ArrayList
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list
size |
10,000 |
100,000
|
1,000,000
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10,000,000
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for
each
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14
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152
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-----------------------------------------------------------------------
for
iterator
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0
ms |
1
ms |
12
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for
list.size() |
1
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for
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=
list.size()
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for
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compare
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performance
of
LinkedList
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list
size |
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each
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list.size()
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j-- |
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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
1 2 3 4 | Iterator<Integer> 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。Effective-Java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:
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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:
1 2 3 4 5 6 7 | public interface Iterator<E> { boolean hasNext(); E next(); void remove(); } |
(2) ArrayList遍历方式结果分析
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performance
of
ArrayList
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list
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1,000,000
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10,000,000
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for
each
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3
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152
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for
iterator
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0
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for
list.size() |
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for
size
=
list.size()
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for
j-- |
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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
1 2 3 4 | 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
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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);
}
|
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
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
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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;
}
}
|
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。