不要用for循環去遍歷LinkedList

ArrayList與LinkedList的普通for循環遍歷

對於大部分Java程序員朋友們來講，可能平時使用得最多的List就是ArrayList，對於ArrayList的遍歷，通常用以下寫法：

public static void main(String[] args)
{
    List<Integer> arrayList = 
            new ArrayList<Integer>();
    
    for (int i = 0; i < 100; i++)
        arrayList.add(i);
    for (int i = 0; i < 100; i++)
        System.out.println(arrayList.get(i));
}

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若是之後要用到LinkedList了，可能有些朋友就會用同樣的方式去遍歷LinkedList了：

public static void main(String[] args)
{
    List<Integer> linkedList = 
            new LinkedList<Integer>();
    
    for (int i = 0; i < 100; i++)
        linkedList.add(i);
    for (int i = 0; i < 100; i++)
        System.out.println(linkedList.get(i));
}

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請記住：這是一種很是糟糕的作法。這其實已經不是Java的問題，而是數據結構的問題了，我相信語言從Java換成其餘的也都同樣。

下面對ArrayList和LinkedList的普通for循環效率進行測試以及分析緣由。

 

ArrayList和LinkedList使用普通for循環遍歷速度對比

先給出測試代碼：

public class ArrayListAndLinkedList {
    
    private static final int LIST_SIZE = 1000;
    
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
        List<Integer> linkedList = new LinkedList<Integer>();
        
        for(int i = 0; i < LIST_SIZE; i++){
            arrayList.add(i);
            linkedList.add(i);
        }
        
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        for(int i = 0; i < arrayList.size(); i++){
            arrayList.get(i);
        }
        System.out.println("ArrayList的for循環遍歷速度：" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms");
        
        startTime = System.currentTimeMillis();
        for(int i = 0; i < linkedList.size(); i++){
            linkedList.get(i);
        }
        System.out.println("LinkedList的for循環遍歷速度：" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms");
        
    }

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不斷增大LIST_SIZE，我用表格表示一下運行結果：

 

	1000	5000	10000	50000	100000
ArrayList	0ms	1ms	2ms	3ms	3ms
LinkedList	3ms	16ms	88ms	2446ms	18848ms

從運行結果咱們看到，按倍數增大List容量，ArrayList的遍歷顯得比較穩定，而LinkedList的遍歷幾乎是爆發式的增加，再測試下去已經沒有必要了。

下面解釋一下產生此現象的緣由。

ArrayList使用普通for循環遍歷快的緣由

先看一下ArrayList的get方法源代碼：

public E get(int index) {
        rangeCheck(index);

        return elementData(index);
    }

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看到ArrayList的get方法只是從數組裏面拿一個位置上的元素罷了。咱們有結論，ArrayList的get方法的時間複雜度是O(1)，O(1)的意思也就是說時間複雜度是一個常數，和數組的大小並無關係，只要給定數組的位置，直接就能定位到數據。

其實熟悉C、C++或者對指針理解的朋友必定很好理解爲何，我解釋一下爲何對數組使用get就快。

在計算機底層，數據都是有地址的，就像人有住址同樣。假設我寫了這麼一句代碼：

int[3] ints = {1, 3, 5};

在Java中一個int型數據是4個字節，此時計算機內部作的事情是，在內存空間中找到一塊連續的、足以存放3個4字節也就是12字節的數組的內存空間，並返回該內存空間的首地址。比方說該內存空間的首地址是0x00吧，那麼那麼1就放在0x00~0x03中、3就放在0x04~0x07中、5就放在0x08~0x0B中。

這時就很簡單了，取ints[1]的時候，計算機就會算出ints[1]的數據是存放在以0x04開頭，佔據4個字節空間的內存中，所以，計算機會從0x04~0x07這塊地址空間中讀取數據出來。

整個過程，和數組有多大，並無關係，計算機作的只是算出起始地址-->去該地址中取數據而已，所以咱們看到使用普通for循環遍歷ArrayList的速度很快，也很穩定。

LinkedList使用普通for循環遍歷慢的緣由

再看一下LinkedList的get方法作了什麼：

public E get(int index) {
        checkElementIndex(index);
        return node(index).item;
    }

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;
        }
    }

因爲LinkedList是雙向鏈表，所以第6行的意思是算出i在一半前仍是一半後，一半前正序遍歷、一半後倒序遍歷，這樣會快不少，固然，先無論這個，分析一下爲何使用普通for循環遍歷LinkedList會這麼慢。

緣由就在第7~第8行，第10~第11行的兩個for循裏面，之前者爲例：

一、get(0)，直接拿到0位的Node0的地址，拿到Node0裏面的數據

二、get(1)，直接拿到0位的Node0的地址，從0位的Node0中找到下一個1位的Node1的地址，找到Node1，拿到Node1裏面的數據

三、get(2)，直接拿到0位的Node0的地址，從0位的Node0中找到下一個1位的Node1的地址，找到Node1，從1位的Node1中找到下一個2位的Node2的地址，找到Node2，拿到Node2裏面的數據。

後面的以此類推。

也就是說，LinkedList在get任何一個位置的數據的時候，都會把前面的數據走一遍。假如我有10個數據，那麼將要查詢1+2+3+4+5+5+4+3+2+1=30次數據，相比ArrayList，卻只須要查詢10次數據就好了，隨着LinkedList的容量越大，差距會越拉越大。其實使用LinkedList到底要查詢多少次數據，你們應該已經很明白了，來算一下：按照前一半算應該是（1 + 0.5N） * 0.5N / 2，後一半算上即乘以2，應該是（1 + 0.5N） * 0.5N ，忽略低階項和首項係數，得出結論，LinikedList遍歷的時間複雜度爲O(N*N)，N爲LinkedList的容量。

時間複雜度有如下經驗規則：

O(1) < O(log₂N) < O(n) < O(N * log₂N) < O(N²) < O(N³) < 2N < 3N < N!

前四個比較好、中間兩個通常、後3個很爛。也就是說O(N²)是相對糟糕的一種時間複雜度了，N大一點，程序就會執行得比較慢。

 

根據以上的分析，各位Java程序員朋友們，切記必定不要使用普通for循環去遍歷LinkedList。使用迭代器或者foreach循環（foreach循環的原理就是迭代器）去遍歷LinkedList便可，這種方式是直接按照地址去找數據的，將會大大提高遍歷LinkedList的效率。

 

另注：LinkedList的遍歷，由於它是雙向鏈表，只是說index在前一半和後一半，分別採用正序遍歷和倒序遍歷以加快LinkedList的遍歷速度。真正遍歷的時候仍是順序的遍歷，不會採用二分查找的。