ArrayList和LinkedList的幾種循環遍歷方式及性能對比分析

時間  2019-12-05
標籤 arraylist linkedlist 幾種 循環 遍歷 方式 性能 對比 分析 欄目 Java 简体版
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主要介紹ArrayList和LinkedList這兩種list的五種循環遍歷方式，各類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。
經過本文你能夠了解(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。
1. List的五種遍歷方式
java

下面只是簡單介紹各類遍歷示例(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node

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

(2) 顯示調用集合迭代器數組

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

或數據結構

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()函數比較判斷函數

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oop

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

(5) 下標遞減循環性能

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

在測試前你們能夠根據對ArrayList和LinkedList數據結構及Iterator的瞭解，想一想上面五種遍歷方式哪一個性能更優。測試

 

二、List五種遍歷方式的性能測試及對比
如下是性能測試代碼，會輸出不一樣數量級大小的ArrayList和LinkedList各類遍歷方式所花費的時間。this

ArrayList和LinkedList循環性能對比測試代碼spa


PS：若是運行報異常in thread 「main」 java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space，請將main函數裏面list size的大小減少。

其中getArrayLists函數會返回不一樣size的ArrayList，getLinkedLists函數會返回不一樣size的LinkedList。
loopListCompare函數會分別用上面的遍歷方式1-5去遍歷每個list數組(包含不一樣大小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

最終測試結果以下：

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一樣大小list遍歷的時間消耗，縱向爲同一list不一樣遍歷方式遍歷的時間消耗。
PS：因爲首次遍歷List會稍微多耗時一點，for each的結果稍微有點誤差，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。

 

三、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)應讀做for each int in list。
for (Integer j : list)實現幾乎等價於

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，其餘三種稱爲get方式遍歷。

這時咱們已經發現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，另外一大好處是相對於下標循環而言的，foreach沒必要關心下標初始值和終止值及越界等，因此不易出錯。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，源碼以下：

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的等價實現中咱們能夠看到，會調用這個函數獲得Iterator，再經過Iterator的next()獲得下一個元素，hasNext()判斷是否還有更多元素。Iterator源碼以下：

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

(2) ArrayList遍歷方式結果分析

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：因爲首次遍歷List會稍微多耗時一點，for each的結果稍微有點誤差，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。

從上面咱們能夠看出：
a. 在ArrayList大小爲十萬以前，五種遍歷方式時間消耗幾乎同樣
b. 在十萬之後，第4、五種遍歷方式快於前三種，get方式優於Iterator方式，而且

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。咱們看看ArrayList中迭代器Iterator和get方法的實現

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);
}

從中能夠看出get和Iterator的next函數一樣經過直接定位數據獲取元素，只是多了幾個判斷而已。

c . 從上能夠看出即使在千萬大小的ArrayList中，幾種遍歷方式相差也不過50ms左右，且在經常使用的十萬左右時間幾乎相等，考慮foreach的優勢，咱們大可選用foreach這種簡便方式進行遍歷。

(3) LinkedList遍歷方式結果分析

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：因爲首次遍歷List會稍微多耗時一點，for each的結果稍微有點誤差，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。

從上面咱們能夠看出：
a 在LinkedList大小接近一萬時，get方式和Iterator方式就已經差了差很少兩個數量級，十萬時Iterator方式性能已經遠勝於get方式。
咱們看看LinkedList中迭代器和get方法的實現

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;
}
}

從上面代碼中能夠看出LinkedList迭代器的next函數只是經過next指針快速獲得下一個元素並返回。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)。

因此對於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，一樣是foreach循環遍歷，ArrayList和LinkedList時間差很少，可將本例稍做修改加大list size會發現二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。對於個別插入刪除很是多的可使用LinkedList。

 四、結論總結

經過上面的分析咱們基本能夠總結下：(1) 不管ArrayList仍是LinkedList，遍歷建議使用foreach，尤爲是數據量較大時LinkedList避免使用get遍歷。(2) List使用首選ArrayList。對於個別插入刪除很是多的可使用LinkedList。(3) 可能在遍歷List循環內部須要使用到下標，這時綜合考慮下是使用foreach和自增count仍是get方式。

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