Java中ArrayList和LinkedList的遍歷與性能分析
前言
通過本文你可以了解List的五種遍歷方式及各自性能和foreach及Iterator的實現(xiàn),加深對ArrayList和LinkedList實現(xiàn)的了解。下面來一起看看吧。
一、List的五種遍歷方式
1、for each循環(huán)
List<Integer> list = new ArrayList<Integer>(); for (Integer j : list) { // use j }
2、顯示調(diào)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、下標遞增循環(huán),終止條件為每次調(diào)用size()函數(shù)比較判斷
List<Integer> list = new ArrayList<Integer>(); for (int j = 0; j < list.size(); j++) { list.get(j); }
4、下標遞增循環(huán),終止條件為和等于size()的臨時變量比較判斷
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(huán)
List<Integer> list = new ArrayList<Integer>(); for (int j = list.size() - 1; j >= 0; j--) { list.get(j); }
List五種遍歷方式的性能測試及對比
以下是性能測試代碼,會輸出不同數(shù)量級大小的ArrayList和LinkedList各種遍歷方式所花費的時間。
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:如果運行報異常in thread “main” java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
,請將main
函數(shù)里面list size
的大小減小。
其中getArrayLists
函數(shù)會返回不同size
的ArrayList,getLinkedLists
函數(shù)會返回不同size
的LinkedList。
loopListCompare
函數(shù)會分別用上面的遍歷方式1-5去遍歷每一個list數(shù)組(包含不同大小list)中的list。
print
開頭函數(shù)為輸出輔助函數(shù)。
測試環(huán)境為Windows7 32位系統(tǒng) 3.2G雙核CPU 4G內(nèi)存,Java 7,Eclipse -Xms512m -Xmx512m
最終測試結(jié)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 -----------------------------------------------------------------------
第一張表為ArrayList對比結(jié)果,第二張表為LinkedList對比結(jié)果。
表橫向為同一遍歷方式不同大小list遍歷的時間消耗,縱向為同一list不同遍歷方式遍歷的時間消耗。
PS:由于首次遍歷List會稍微多耗時一點,for each
的結(jié)果稍微有點偏差,將測試代碼中的幾個Type順序調(diào)換會發(fā)現(xiàn),for each
耗時和for iterator
接近。
遍歷方式性能測試結(jié)果分析
1、foreach介紹
foreach是Java SE5.0引入的功能很強的循環(huán)結(jié)構(gòu),for (Integer j : list)
應(yīng)讀作for each int in list
。
for (Integer j : list)
實現(xiàn)幾乎等價于
Iterator<Integer> iterator = list.iterator(); while(iterator.hasNext()) { Integer j = iterator.next(); }
foreach代碼書寫簡單,不必關(guān)心下標初始值和終止值及越界等,所以不易出錯
2、ArrayList遍歷方式結(jié)果分析
a. 在ArrayList大小為十萬之前,五種遍歷方式時間消耗幾乎一樣
b. 在十萬以后,第四、五種遍歷方式快于前三種,get方式優(yōu)于Iterator方式,并且
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(yōu)。我們看看ArrayList中迭代器Iterator
和get
方法的實現(xiàn)
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); }
從中可以看出get
和Iterator
的next
函數(shù)同樣通過直接定位數(shù)據(jù)獲取元素,只是多了幾個判斷而已。
c. 從上可以看出即便在千萬大小的ArrayList中,幾種遍歷方式相差也不過50ms左右,且在常用的十萬左右時間幾乎相等,考慮foreach的優(yōu)點,我們大可選用foreach這種簡便方式進行遍歷。
3、LinkedList遍歷方式結(jié)果分析
a. 在LinkedList大小接近一萬時,get
方式和Iterator
方式就已經(jīng)差了差不多兩個數(shù)量級,十萬時Iterator
方式性能已經(jīng)遠勝于get方式。
我們看看LinkedList中迭代器和get
方法的實現(xiàn)
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; } }
從上面代碼中可以看出LinkedList迭代器的next
函數(shù)只是通過next指針快速得到下一個元素并返回。而get方法會從頭遍歷直到index下標,查找一個元素時間復(fù)雜度為哦O(n),遍歷的時間復(fù)雜度就達到了O(n2)。
所以對于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(jié)果對比分析
從上面的數(shù)量級來看,同樣是foreach循環(huán)遍歷,ArrayList和LinkedList時間差不多,可將本例稍作修改加大list size
會發(fā)現(xiàn)兩者基本在一個數(shù)量級上。
但ArrayList get
函數(shù)直接定位獲取的方式時間復(fù)雜度為O(1),而LinkedList的get函數(shù)時間復(fù)雜度為O(n)。
再結(jié)合考慮空間消耗的話,建議首選ArrayList。對于個別插入刪除非常多的可以使用LinkedList。
結(jié)論總結(jié)
通過上面的分析我們基本可以總結(jié)下:
- 無論ArrayList還是LinkedList,遍歷建議使用foreach,尤其是數(shù)據(jù)量較大時LinkedList避免使用get遍歷。
- List使用首選ArrayList。對于個別插入刪除非常多的可以使用LinkedList。
- 可能在遍歷List循環(huán)內(nèi)部需要使用到下標,這時綜合考慮下是使用foreach和自增count還是get方式。
總結(jié)
以上就是這篇文章的全部內(nèi)容了,希望本文的內(nèi)容對大家學(xué)習(xí)或者使用Java的時候能有所幫助,如果有疑問大家可以留言交流。
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