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2013

ArrayList和LinkedList的几种循环遍历方式及性能对比分析

主要介绍ArrayList和LinkedList这两种list的五种循环遍历方式,各种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
通过本文你可以了解(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。
阅读本文前希望你已经了解ArrayList顺序存储和LinkedList链式的结构,本文不对此进行介绍。

相关:HashMap循环遍历方式及其性能对比

 

1. List的五种遍历方式
下面只是简单介绍各种遍历示例(以ArrayList为例),各自优劣会在本文后面进行分析给出结论。
(1) for each循环

 

(2) 显示调用集合迭代器

 

(3) 下标递增循环,终止条件为每次调用size()函数比较判断

 

(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

 

(5) 下标递减循环

在测试前大家可以根据对ArrayList和LinkedList数据结构及Iterator的了解,想想上面五种遍历方式哪个性能更优。

 

2、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。

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:

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。

 

3、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

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,其他三种称为get方式遍历。

这时我们已经发现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,另一大好处是相对于下标循环而言的,foreach不必关心下标初始值和终止值及越界等,所以不易出错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,源码如下:

iterator()用于返回一个Iterator,从foreach的等价实现中我们可以看到,会调用这个函数得到Iterator,再通过Iterator的next()得到下一个元素,hasNext()判断是否还有更多元素。Iterator源码如下:

 

(2) ArrayList遍历方式结果分析

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。

从上面我们可以看出:
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

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

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

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。

从上面我们可以看出:
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

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。

 

4、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。

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