【转】ArrayList和LinkedList的几种循环遍历方式及性能对比分析

2021年11月20日 阅读数:2
这篇文章主要向大家介绍【转】ArrayList和LinkedList的几种循环遍历方式及性能对比分析,主要内容包括基础应用、实用技巧、原理机制等方面,希望对大家有所帮助。



主要介绍ArrayList和LinkedList这两种list的五种循环遍历方式,各类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java

经过本文你能够了解(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。node




 

1. List的五种遍历方式数组

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

(1) for each循环ide





 

Java函数

 




1oop


2性能


3测试


4this




List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();


for (Integer j : list) {


// use j


}



 

(2) 显示调用集合迭代器





 

Java

 




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4




List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();


for (Iterator<Integer> iterator = list.iterator(); iterator.hasNext();) {


iterator.next();


}







 

Java

 




1


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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





 

Java

 




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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





 

Java

 




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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





 

Java

 




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List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();


for (int j = list.size() - 1; j >= 0; j--) {


list.get(j);


}



在测试前你们能够根据对ArrayList和LinkedList数据结构及Iterator的了解,想一想上面五种遍历方式哪一个性能更优。

 

二、List五种遍历方式的性能测试及对比

如下是性能测试代码,会输出不一样数量级大小的ArrayList和LinkedList各类遍历方式所花费的时间。



ArrayList和LinkedList循环性能对比测试代码

 


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

其中getArrayLists函数会返回不一样size的ArrayList,getLinkedLists函数会返回不一样size的LinkedList。

loopListCompare函数会分别用上面的遍历方式1-5去遍历每个list数组(包含不一样大小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

最终测试结果以下:



 




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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    


-----------------------------------------------------------------------


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一样大小list遍历的时间消耗,纵向为同一list不一样遍历方式遍历的时间消耗。

PS:因为首次遍历List会稍微多耗时一点,for each的结果稍微有点误差,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。

 

三、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)应读做for each int in list。

for (Integer j : list)实现几乎等价于





 

Java

 




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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,其余三种称为get方式遍历。

这时咱们已经发现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,另外一大好处是相对于下标循环而言的,foreach没必要关心下标初始值和终止值及越界等,因此不易出错。​​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,源码以下:





 

Java

 




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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的等价实现中咱们能够看到,会调用这个函数获得Iterator,再经过Iterator的next()获得下一个元素,hasNext()判断是否还有更多元素。Iterator源码以下:





 

Java

 




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public interface Iterator<E> {


    boolean hasNext();


 


    E next();


 


    void remove();


}



 

(2) ArrayList遍历方式结果分析



 




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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    


-----------------------------------------------------------------------


for size = list.size() | 0 ms      | 0 ms      | 6 ms      | 62 ms    


-----------------------------------------------------------------------


for j--                | 0 ms      | 1 ms      | 6 ms      | 63 ms    


-----------------------------------------------------------------------



PS:因为首次遍历List会稍微多耗时一点,for each的结果稍微有点误差,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。

从上面咱们能够看出:

a. 在ArrayList大小为十万以前,五种遍历方式时间消耗几乎同样

b. 在十万之后,第4、五种遍历方式快于前三种,get方式优于Iterator方式,而且





 

Java

 




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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。咱们看看ArrayList中迭代器Iterator和get方法的实现





 

Java

 




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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);


}



从中能够看出get和Iterator的next函数一样经过直接定位数据获取元素,只是多了几个判断而已。

c . 从上能够看出即使在千万大小的ArrayList中,几种遍历方式相差也不过50ms左右,且在经常使用的十万左右时间几乎相等,考虑foreach的优势,咱们大可选用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 loop performance of LinkedList


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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:因为首次遍历List会稍微多耗时一点,for each的结果稍微有点误差,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。

从上面咱们能够看出:

a 在LinkedList大小接近一万时,get方式和Iterator方式就已经差了差很少两个数量级,十万时Iterator方式性能已经远胜于get方式。

咱们看看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;


}


}



从上面代码中能够看出LinkedList迭代器的next函数只是经过next指针快速获得下一个元素并返回。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)。

因此对于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,一样是foreach循环遍历,ArrayList和LinkedList时间差很少,可将本例稍做修改加大list size会发现二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。对于个别插入删除很是多的可使用LinkedList。

 

四、结论总结

经过上面的分析咱们基本能够总结下:

(1) 不管ArrayList仍是LinkedList,遍历建议使用foreach,尤为是数据量较大时LinkedList避免使用get遍历。

(2) List使用首选ArrayList。对于个别插入删除很是多的可使用LinkedList。

(3) 可能在遍历List循环内部须要使用到下标,这时综合考虑下是使用foreach和自增count仍是get方式。