本文首发于cartoon的博客
转载请注明出处:https://cartoonyu.github.io/cartoon-blog/post/java/java%E9%81%8D%E5%8E%86%E6%9C%BA%E5%88%B6%E7%9A%84%E6%80%A7%E8%83%BD%E6%AF%94%E8%BE%83/
缘由
近段时间在写leetcode的Lemonade Change时候，发现了for循环与forEach循环的耗时是不一致的，在提交记录上面差了一倍……
平常开发绝大部分业务逻辑的实现都需要遍历机制的帮忙，虽说也有注意到各数据结构操作的性能比较，但是忽视了遍历机制性能的差异。原本前两天就开始动手写，拖延症……
正文
现阶段我所知道JAVA遍历机制有三种
for循环
forEach循环
Iterator循环
JAVA数据结构千千万，但是大部分都是对基础数据结构的封装，比较HashMap依赖于Node数组，LinkedList底层是链表，ArrayList对数组的再封装……扯远了
总结来说，JAVA的基础数据结构，我觉得有两种
- 数组
- 链表
如果是加上Hash(Hash的操作与数组以及链表不太一致)，就是三种
因为平常开发大部分都优先选择包装后的数据结构，所以下面我会使用
- ArrayList(包装后的数组)
- LinkedList(包装后的链表)
- HashSet(包装后的Hash类型数组)
这三种数据结构在遍历机制不同的时候时间的差异
可能有人对我为什么不对比HashMap呢，因为JAVA设计中，是先实现了Map，再实现Set。如果你有阅读过源码就会发现:每个Set子类的实现中，都有一个序列化后的Map对应属性实现，而因为Hash的查找时间复杂度为O(1)，得出key后查找value的时间大致是一致的，所以我不对比HashMap。
题外话
我在阅读《疯狂JAVA》读到:JAVA的设计者将Map的内部entry数组中的value设为null进而实现了Set。因为我是以源码以及官方文档为准，具体我不清楚正确与否，但是因为Hash中的key互不相同，Set中元素也互不相同，所以我认为这个观点是正确的。
为了测试的公平性，我会采取以下的限定
- 每种数据结构的大小都设置三种量级
- 10
- 100
- 1000
- 元素都采用随机数生成
- 遍历进行操作都为输出当前元素的值
注:时间开销受本地环境的影响，可能测量值会出现变化，但是总体上比例是正确的
ArrayList的比较
代码
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112public class TextArray {
private static Random random;
private static List<Integer> list1;
private static List<Integer> list2;
private static List<Integer> list3;
public static void execute(){
random=new Random();
initArray();
testForWith10Object();
testForEachWith10Object();
testIteratorWith10Object();
testForWith100Object();
testForEachWith100Object();
testIteratorWith100Object();
testForWith1000Object();
testForEachWith1000Object();
testIteratorWith1000Object();
}
private static void testForWith10Object(){
printFor(list1);
}
private static void testForWith100Object(){
printFor(list2);
}
private static void testForWith1000Object(){
printFor(list3);
}
private static void testForEachWith10Object(){
printForeach(list1);
}
private static void testForEachWith100Object(){
printForeach(list2);
}
private static void testForEachWith1000Object(){
printForeach(list3);
}
private static void testIteratorWith10Object() {
printIterator(list1);
}
private static void testIteratorWith100Object() {
printIterator(list2);
}
private static void testIteratorWith1000Object() {
printIterator(list3);
}
private static void printFor(List<Integer> list){
System.out.println();
System.out.print("data:");
long start=System.currentTimeMillis();
for(int i=0,length=list.size();i<length;i++){
System.out.print(list.get(i)+" ");
}
System.out.println();
long end=System.currentTimeMillis();
System.out.println("for for "+list.size()+":"+(end-start)+"ms");
}
private static void printForeach(List<Integer> list){
System.out.println();
System.out.print("data:");
long start=System.currentTimeMillis();
for(int temp:list){
System.out.print(temp+" ");
}
System.out.println();
long end=System.currentTimeMillis();
System.out.println("foreach for "+list.size()+":"+(end-start)+"ms");
}
private static void printIterator(List<Integer> list){
System.out.println();
System.out.print("data:");
Iterator<Integer> it=list.iterator();
long start=System.currentTimeMillis();
while(it.hasNext()){
System.out.print(it.next()+" ");
}
System.out.println();
long end=System.currentTimeMillis();
System.out.println("iterator for "+list.size()+":"+(end-start)+"ms");
}
private static void initArray(){
list1=new ArrayList<>();
list2=new ArrayList<>();
list3=new ArrayList<>();
for(int i=0;i<10;i++){
list1.add(random.nextInt());
}
for(int i=0;i<100;i++){
list2.add(random.nextInt());
}
for(int i=0;i<1000;i++){
list3.add(random.nextInt());
}
}
}输出(忽略对元素的输出)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11for for 10:1ms
foreach for 10:0ms
iterator for 10:2ms
for for 100:5ms
foreach for 100:4ms
iterator for 100:12ms
for for 1000:33ms
foreach for 1000:7ms
iterator for 1000:16ms10 100 1000 for 1ms 5ms 33ms forEach 0ms 4ms 7ms Iterator 2ms 12ms 16ms 结论
for的性能最不稳定，foreach次之，Iterator最好
使用建议
在数据量不明确的情况下(可能1w,10w或其他)，建议使用Iterator进行遍历
在数据量明确且量级小的时候，优先使用foreach
需要使用索引时，使用递增变量的开销比for的要小
LinkedList的比较
代码
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113public class TextLinkedList {
private static Random random;
private static List<Integer> list1;
private static List<Integer> list2;
private static List<Integer> list3;
public static void execute(){
random=new Random();
initList();
testForWith10Object();
testForEachWith10Object();
testIteratorWith10Object();
testForWith100Object();
testForEachWith100Object();
testIteratorWith100Object();
testForWith1000Object();
testForEachWith1000Object();
testIteratorWith1000Object();
}
private static void testForWith10Object() {
printFor(list1);
}
private static void testForEachWith10Object() {
printForeach(list1);
}
private static void testIteratorWith10Object() {
printIterator(list1);
}
private static void testForWith100Object() {
printFor(list2);
}
private static void testForEachWith100Object() {
printForeach(list2);
}
private static void testIteratorWith100Object() {
printIterator(list2);
}
private static void testForWith1000Object() {
printFor(list3);
}
private static void testForEachWith1000Object() {
printForeach(list3);
}
private static void testIteratorWith1000Object() {
printIterator(list3);
}
private static void printFor(List<Integer> list){
System.out.println();
System.out.print("data:");
long start=System.currentTimeMillis();
for(int i=0,size=list.size();i<size;i++){
System.out.print(list.get(i));
}
System.out.println();
long end=System.currentTimeMillis();
System.out.println("for for "+list.size()+":"+(end-start)+"ms");
}
private static void printForeach(List<Integer> list){
System.out.println();
System.out.print("data:");
long start=System.currentTimeMillis();
for(int temp:list){
System.out.print(temp+" ");
}
System.out.println();
long end=System.currentTimeMillis();
System.out.println("foreach for "+list.size()+":"+(end-start)+"ms");
}
private static void printIterator(List<Integer> list){
System.out.println();
System.out.print("data:");
Iterator<Integer> it=list.iterator();
long start=System.currentTimeMillis();
while(it.hasNext()){
System.out.print(it.next()+" ");
}
System.out.println();
long end=System.currentTimeMillis();
System.out.println("iterator for "+list.size()+":"+(end-start)+"ms");
}
private static void initList() {
list1=new LinkedList<>();
list2=new LinkedList<>();
list3=new LinkedList<>();
for(int i=0;i<10;i++){
list1.add(random.nextInt());
}
for(int i=0;i<100;i++){
list2.add(random.nextInt());
}
for(int i=0;i<1000;i++){
list3.add(random.nextInt());
}
}
}输出(忽略对元素的输出)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11for for 10:0ms
foreach for 10:1ms
iterator for 10:0ms
for for 100:1ms
foreach for 100:0ms
iterator for 100:3ms
for for 1000:23ms
foreach for 1000:25ms
iterator for 1000:4ms10 100 1000 for 0ms 1ms 23ms forEach 1ms 0ms 25ms Iterator 0ms 3ms 4ms 结论
foreach的性能最不稳定，for次之，Iterator最好
使用建议
尽量使用Iterator进行遍历
需要使用索引时，使用递增变量的开销比for的要小
HashSet的比较
注：因Hash遍历算法与其他类型不一致，所以取消了for循环的比较
代码
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85public class TextHash {
private static Random random;
private static Set<Integer> set1;
private static Set<Integer> set2;
private static Set<Integer> set3;
public static void execute(){
random=new Random();
initHash();
testIteratorWith10Object();
testForEachWith10Object();
testIteratorWith100Object();
testForEachWith100Object();
testIteratorWith1000Object();
testForEachWith1000Object();
}
private static void testIteratorWith10Object() {
printIterator(set1);
}
private static void testForEachWith10Object() {
printForeach(set1);
}
private static void testIteratorWith100Object() {
printIterator(set2);
}
private static void testForEachWith100Object() {
printForeach(set2);
}
private static void testIteratorWith1000Object() {
printIterator(set3);
}
private static void testForEachWith1000Object() {
printForeach(set3);
}
private static void initHash() {
set1=new HashSet<>();
set2=new HashSet<>();
set3=new HashSet<>();
for(int i=0;i<10;i++){
set1.add(random.nextInt());
}
for(int i=0;i<100;i++){
set2.add(random.nextInt());
}
for(int i=0;i<1000;i++){
set3.add(random.nextInt());
}
}
private static void printIterator(Set<Integer> data){
System.out.println();
System.out.print("data:");
long start=System.currentTimeMillis();
Iterator<Integer> it=data.iterator();
while (it.hasNext()){
System.out.print(it.next()+" ");
}
System.out.println();
long end=System.currentTimeMillis();
System.out.println("iterator for "+data.size()+":"+(end-start)+"ms");
}
private static void printForeach(Set<Integer> data){
System.out.println();
System.out.print("data:");
long start=System.currentTimeMillis();
for(int temp:data){
System.out.print(temp+" ");
}
System.out.println();
long end=System.currentTimeMillis();
System.out.println("foreach for "+data.size()+":"+(end-start)+"ms");
}
}输出(忽略对元素的输出)
1
2
3
4
5
6
7
8iterator for 10:0ms
foreach for 10:0ms
iterator for 100:6ms
foreach for 100:0ms
iterator for 1000:30ms
foreach for 1000:9ms10 100 1000 foreach 0ms 0ms 9ms Iterator 0ms 6ms 30ms 结论
foreach性能遥遥领先于Iterator
使用建议
以后就选foreach了，性能好，写起来也方便。
总结
- for循环性能在三者的对比中总体落于下风，而且开销递增幅度较大。以后即使在需要使用索引时我宁愿使用递增变量也不会使用for了。
- Iterator的性能在数组以及链表的表现都是最好的，应该是JAVA的设计者优化过了。在响应时间敏感的情况下(例如web响应)，优先考虑。
- foreach的性能属于两者之间，写法简单，时间不敏感的情况下我会尽量选用。
以上就是我对常见数据结构遍历机制的一点比较，虽然只是很初步，但是从中我也学到了很多东西，希望你们也有所收获。
如果你喜欢本文章，可以收藏阅读，如果你对我的其他文章感兴趣，欢迎到我的博客查看。
