Java中ArrayList和LinkedList的遍历与性能分析
作者：daisy 发布时间：2023-10-31 11:04:17
标签：java,arraylist,linkedlist,遍历
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：
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。
List使用首选ArrayList。对于个别插入删除非常多的可以使用LinkedList。
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。
总结
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