Java中ArrayList和LinkedList的遍历与性能分析

2019-11-26 13:29:35

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供稿：网友

前言

通过本文你可以了解List的五种遍历方式及各自性能和foreach及Iterator的实现，加深对ArrayList和LinkedList实现的了解。下面来一起看看吧。

一、List的五种遍历方式

1、for each循环

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

2、显示调用集合迭代器

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

或

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

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

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

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

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。

package cn.trinea.java.test;import java.text.DecimalFormat;import java.util.ArrayList;import java.util.Calendar;import java.util.Iterator;import java.util.LinkedList;import java.util.List;/** * JavaLoopTest *  * @author www.trinea.cn 2013-10-28 */public class JavaLoopTest { public static void main(String[] args) {  System.out.print("compare loop performance of ArrayList");  loopListCompare(getArrayLists(10000, 100000, 1000000, 9000000));  System.out.print("/r/n/r/ncompare loop performance of LinkedList");  loopListCompare(getLinkedLists(100, 1000, 10000, 100000)); } public static List<Integer>[] getArrayLists(int... sizeArray) {  List<Integer>[] listArray = new ArrayList[sizeArray.length];  for (int i = 0; i < listArray.length; i++) {   int size = sizeArray[i];   List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();   for (int j = 0; j < size; j++) {    list.add(j);   }   listArray[i] = list;  }  return listArray; } public static List<Integer>[] getLinkedLists(int... sizeArray) {  List<Integer>[] listArray = new LinkedList[sizeArray.length];  for (int i = 0; i < listArray.length; i++) {   int size = sizeArray[i];   List<Integer> list = new LinkedList<Integer>();   for (int j = 0; j < size; j++) {    list.add(j);   }   listArray[i] = list;  }  return listArray; } public static void loopListCompare(List<Integer>... listArray) {  printHeader(listArray);  long startTime, endTime;  // Type 1  for (int i = 0; i < listArray.length; i++) {   List<Integer> list = listArray[i];   startTime = Calendar.getInstance().getTimeInMillis();   for (Integer j : list) {    // use j   }   endTime = Calendar.getInstance().getTimeInMillis();   printCostTime(i, listArray.length, "for each", endTime - startTime);  }  // Type 2  for (int i = 0; i < listArray.length; i++) {   List<Integer> list = listArray[i];   startTime = Calendar.getInstance().getTimeInMillis();   // Iterator<Integer> iterator = list.iterator();   // while(iterator.hasNext()) {   // iterator.next();   // }   for (Iterator<Integer> iterator = list.iterator(); iterator.hasNext();) {    iterator.next();   }   endTime = Calendar.getInstance().getTimeInMillis();   printCostTime(i, listArray.length, "for iterator", endTime - startTime);  }  // Type 3  for (int i = 0; i < listArray.length; i++) {   List<Integer> list = listArray[i];   startTime = Calendar.getInstance().getTimeInMillis();   for (int j = 0; j < list.size(); j++) {    list.get(j);   }   endTime = Calendar.getInstance().getTimeInMillis();   printCostTime(i, listArray.length, "for list.size()", endTime - startTime);  }  // Type 4  for (int i = 0; i < listArray.length; i++) {   List<Integer> list = listArray[i];   startTime = Calendar.getInstance().getTimeInMillis();   int size = list.size();   for (int j = 0; j < size; j++) {    list.get(j);   }   endTime = Calendar.getInstance().getTimeInMillis();   printCostTime(i, listArray.length, "for size = list.size()", endTime - startTime);  }  // Type 5  for (int i = 0; i < listArray.length; i++) {   List<Integer> list = listArray[i];   startTime = Calendar.getInstance().getTimeInMillis();   for (int j = list.size() - 1; j >= 0; j--) {    list.get(j);   }   endTime = Calendar.getInstance().getTimeInMillis();   printCostTime(i, listArray.length, "for j--", endTime - startTime);  } } static int     FIRST_COLUMN_LENGTH = 23, OTHER_COLUMN_LENGTH = 12, TOTAL_COLUMN_LENGTH = 71; static final DecimalFormat COMMA_FORMAT  = new DecimalFormat("#,###"); public static void printHeader(List<Integer>... listArray) {  printRowDivider();  for (int i = 0; i < listArray.length; i++) {   if (i == 0) {    StringBuilder sb = new StringBuilder().append("list size");    while (sb.length() < FIRST_COLUMN_LENGTH) {     sb.append(" ");    }    System.out.print(sb);   }   StringBuilder sb = new StringBuilder().append("| ").append(COMMA_FORMAT.format(listArray[i].size()));   while (sb.length() < OTHER_COLUMN_LENGTH) {    sb.append(" ");   }   System.out.print(sb);  }  TOTAL_COLUMN_LENGTH = FIRST_COLUMN_LENGTH + OTHER_COLUMN_LENGTH * listArray.length;  printRowDivider(); } public static void printRowDivider() {  System.out.println();  StringBuilder sb = new StringBuilder();  while (sb.length() < TOTAL_COLUMN_LENGTH) {   sb.append("-");  }  System.out.println(sb); } public static void printCostTime(int i, int size, String caseName, long costTime) {  if (i == 0) {   StringBuilder sb = new StringBuilder().append(caseName);   while (sb.length() < FIRST_COLUMN_LENGTH) {    sb.append(" ");   }   System.out.print(sb);  }  StringBuilder sb = new StringBuilder().append("| ").append(costTime).append(" ms");  while (sb.length() < OTHER_COLUMN_LENGTH) {   sb.append(" ");  }  System.out.print(sb);  if (i == size - 1) {   printRowDivider();  } }}

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：

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。

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

Iterator<Integer> iterator = list.iterator();while(iterator.hasNext()) { Integer j = iterator.next();}

foreach代码书写简单，不必关心下标初始值和终止值及越界等，所以不易出错

2、ArrayList遍历方式结果分析

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

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。我们看看ArrayList中迭代器Iterator和get方法的实现

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

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

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。

结论总结

通过上面的分析我们基本可以总结下：