By wustrive

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文章目录
  1. 1. List的五种遍历方式
  2. 2. List五种遍历方式的性能测试及对比
  3. 3. 遍历方式性能测试结果分析
  4. 4. 结论总结

List的五种遍历方式

  1. for each循环

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    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

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    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

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    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);
    }

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。

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package cn.trinea.java.test;
import java.text.DecimalFormat;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Calendar;
import java.util.Iterator;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
/**
 * JavaLoopTest
 * 
 * @author www.trinea.cn 2013-10-28
 */
public class JavaLoopTest {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.print("compare loop performance of ArrayList");
        loopListCompare(getArrayLists(10000, 100000, 1000000, 9000000));
        System.out.print("\r\n\r\ncompare loop performance of LinkedList");
        loopListCompare(getLinkedLists(100, 1000, 10000, 100000));
    }
    public static List<Integer>[] getArrayLists(int... sizeArray) {
        List<Integer>[] listArray = new ArrayList[sizeArray.length];
        for (int i = 0; i < listArray.length; i++) {
            int size = sizeArray[i];
            List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
            for (int j = 0; j < size; j++) {
                list.add(j);
            }
            listArray[i] = list;
        }
        return listArray;
    }
    public static List<Integer>[] getLinkedLists(int... sizeArray) {
        List<Integer>[] listArray = new LinkedList[sizeArray.length];
        for (int i = 0; i < listArray.length; i++) {
            int size = sizeArray[i];
            List<Integer> list = new LinkedList<Integer>();
            for (int j = 0; j < size; j++) {
                list.add(j);
            }
            listArray[i] = list;
        }
        return listArray;
    }
    public static void loopListCompare(List<Integer>... listArray) {
        printHeader(listArray);
        long startTime, endTime;
        // Type 1
        for (int i = 0; i < listArray.length; i++) {
            List<Integer> list = listArray[i];
            startTime = Calendar.getInstance().getTimeInMillis();
            for (Integer j : list) {
                // use j
            }
            endTime = Calendar.getInstance().getTimeInMillis();
            printCostTime(i, listArray.length, "for each", endTime - startTime);
        }
        // Type 2
        for (int i = 0; i < listArray.length; i++) {
            List<Integer> list = listArray[i];
            startTime = Calendar.getInstance().getTimeInMillis();
            // Iterator<Integer> iterator = list.iterator();
            // while(iterator.hasNext()) {
            // iterator.next();
            // }
            for (Iterator<Integer> iterator = list.iterator(); iterator.hasNext();) {
                iterator.next();
            }
            endTime = Calendar.getInstance().getTimeInMillis();
            printCostTime(i, listArray.length, "for iterator", endTime - startTime);
        }
        // Type 3
        for (int i = 0; i < listArray.length; i++) {
            List<Integer> list = listArray[i];
            startTime = Calendar.getInstance().getTimeInMillis();
            for (int j = 0; j < list.size(); j++) {
                list.get(j);
            }
            endTime = Calendar.getInstance().getTimeInMillis();
            printCostTime(i, listArray.length, "for list.size()", endTime - startTime);
        }
        // Type 4
        for (int i = 0; i < listArray.length; i++) {
            List<Integer> list = listArray[i];
            startTime = Calendar.getInstance().getTimeInMillis();
            int size = list.size();
            for (int j = 0; j < size; j++) {
                list.get(j);
            }
            endTime = Calendar.getInstance().getTimeInMillis();
            printCostTime(i, listArray.length, "for size = list.size()", endTime - startTime);
        }
        // Type 5
        for (int i = 0; i < listArray.length; i++) {
            List<Integer> list = listArray[i];
            startTime = Calendar.getInstance().getTimeInMillis();
            for (int j = list.size() - 1; j >= 0; j--) {
                list.get(j);
            }
            endTime = Calendar.getInstance().getTimeInMillis();
            printCostTime(i, listArray.length, "for j--", endTime - startTime);
        }
    }
    static int                 FIRST_COLUMN_LENGTH = 23, OTHER_COLUMN_LENGTH = 12, TOTAL_COLUMN_LENGTH = 71;
    static final DecimalFormat COMMA_FORMAT        = new DecimalFormat("#,###");
    public static void printHeader(List<Integer>... listArray) {
        printRowDivider();
        for (int i = 0; i < listArray.length; i++) {
            if (i == 0) {
                StringBuilder sb = new StringBuilder().append("list size");
                while (sb.length() < FIRST_COLUMN_LENGTH) {
                    sb.append(" ");
                }
                System.out.print(sb);
            }
            StringBuilder sb = new StringBuilder().append("| ").append(COMMA_FORMAT.format(listArray[i].size()));
            while (sb.length() < OTHER_COLUMN_LENGTH) {
                sb.append(" ");
            }
            System.out.print(sb);
        }
        TOTAL_COLUMN_LENGTH = FIRST_COLUMN_LENGTH + OTHER_COLUMN_LENGTH * listArray.length;
        printRowDivider();
    }
    public static void printRowDivider() {
        System.out.println();
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        while (sb.length() < TOTAL_COLUMN_LENGTH) {
            sb.append("-");
        }
        System.out.println(sb);
    }
    public static void printCostTime(int i, int size, String caseName, long costTime) {
        if (i == 0) {
            StringBuilder sb = new StringBuilder().append(caseName);
            while (sb.length() < FIRST_COLUMN_LENGTH) {
                sb.append(" ");
            }
            System.out.print(sb);
        }
        StringBuilder sb = new StringBuilder().append("| ").append(costTime).append(" ms");
        while (sb.length() < OTHER_COLUMN_LENGTH) {
            sb.append(" ");
        }
        System.out.print(sb);
        if (i == size - 1) {
            printRowDivider();
        }
    }
}

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 | 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    
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for size = list.size() | 0 ms      | 0 ms      | 6 ms      | 62 ms     
-----------------------------------------------------------------------
for j--                | 0 ms      | 1 ms      | 6 ms      | 63 ms     
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compare loop performance of LinkedList
-----------------------------------------------------------------------
list size              | 100       | 1,000     | 10,000    | 100,000   
-----------------------------------------------------------------------
for each               | 0 ms      | 1 ms      | 1 ms      | 2 ms      
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for iterator           | 0 ms      | 0 ms      | 0 ms      | 2 ms      
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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   
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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。

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();
    }

    foreach代码书写简单，不必关心下标初始值和终止值及越界等，所以不易出错

  2. ArrayList遍历方式结果分析
    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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    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
    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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    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;
        }
    }

    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。

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。

参考：ArrayList和LinkedList的几种循环遍历方式及性能对比分析

文章目录
  1. 1. List的五种遍历方式
  2. 2. List五种遍历方式的性能测试及对比
  3. 3. 遍历方式性能测试结果分析
  4. 4. 结论总结