ArrayList和LinkedList的幾種循環遍歷方式及性能對比分析

時間  2019-11-08
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。
閱讀本文前但願你已經瞭解ArrayList順序存儲和LinkedList鏈式的結構，本文不對此進行介紹。 node

 

1. List的五種遍歷方式
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 android

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

 

(2) 顯示調用集合迭代器 數組

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

或 緩存

 
Java
 
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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 性能優化

 
Java
 
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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 數據結構

 
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) 下標遞減循環 函數

 
Java
 
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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。 oop

 

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。 性能

ArrayList和LinkedList循環性能對比測試代碼
 

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getArrayList函數會返回不一樣size的ArrayList，getLinkedList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，Eclipse -Xms512m -Xmx512m
最終測試結果以下：

 
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compare loop performance of ArrayList
-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
list size              | 10000    | 100000    | 1000000 | 10000000
-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
for each                | 1 ms      | 3 ms      | 14 ms    | 154 ms   
-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
for iterator            | 0 ms      | 1 ms      | 12 ms    | 115 ms   
-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
for list . size ( )        | 1 ms      | 1 ms      | 13 ms    | 128 ms   
-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
for size = list . size ( ) | 0 ms      | 1 ms      | 6 ms      | 62 ms   
-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
for j --                | 0 ms      | 1 ms      | 7 ms      | 62 ms   
-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
 
compare loop performance of LinkedList
-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
list size              | 100      | 1000      | 10000    | 100000   
-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
for each                | 0 ms      | 0 ms      | 1 ms      | 3 ms     
-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
for iterator            | 0 ms      | 0 ms      | 0 ms      | 2 ms     
-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
for list . size ( )        | 0 ms      | 0 ms      | 71 ms    | 7841 ms
-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
for size = list . size ( ) | 1 ms      | 0 ms      | 69 ms    | 7874 ms
-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
for j --                | 0 ms      | 0 ms      | 68 ms    | 7664 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

 
Java
 
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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：

 
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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：

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

 

(2) ArrayList遍歷方式結果分析

 
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compare loop performance of ArrayList
-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
list size              | 10000    | 100000    | 1000000 | 10000000
-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
for each                | 1 ms      | 3 ms      | 14 ms    | 154 ms   
-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
for iterator            | 0 ms      | 1 ms      | 12 ms    | 115 ms   
-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
for list . size ( )        | 1 ms      | 1 ms      | 13 ms    | 128 ms   
-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
for size = list . size ( ) | 0 ms      | 1 ms      | 6 ms      | 62 ms   
-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
for j --                | 0 ms      | 1 ms      | 7 ms      | 62 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

 
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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

 
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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 ) ;
}

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

 
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compare loop performance of LinkedList
-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
list size              | 100      | 1000      | 10000    | 100000   
-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
for each                | 0 ms      | 0 ms      | 1 ms      | 3 ms     
-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
for iterator            | 0 ms      | 0 ms      | 0 ms      | 2 ms     
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for list . size ( )        | 0 ms      | 0 ms      | 71 ms    | 7841 ms
-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
for size = list . size ( ) | 1 ms      | 0 ms      | 69 ms    | 7874 ms
-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
for j --                | 0 ms      | 0 ms      | 68 ms    | 7664 ms
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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

 
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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 ;
     }
}

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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