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
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List<Integer>
list =
new ArrayList<Integer>();
for (Integer
j :
list)
{
// use j
}
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(2) 显示调用集合迭代器
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List<Integer>
list =
new ArrayList<Integer>();
for (Iterator<Integer>
iterator =
list.iterator();
iterator.hasNext();)
{
iterator.next();
}
|
或
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List<Integer>
list =
new ArrayList<Integer>();
Iterator<Integer>
iterator =
list.iterator();
while
(iterator.hasNext())
{
iterator.next();
}
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(3) 下标递增循环，终止条件为每次调用size()函数比较判断
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|
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
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|
List<Integer>
list =
new ArrayList<Integer>();
int size
= list.size();
for
(int
j =
0;
j <
size;
j++)
{
list.get(j);
}
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(5) 下标递减循环
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List<Integer>
list =
new ArrayList<Integer>();
for (int
j =
list.size()
- 1;
j >=
0;
j--)
{
list.get(j);
}
|
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。
ArrayList和LinkedList循环性能对比测试代码
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：
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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
-----------------------------------------------------------------------
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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
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Iterator<Integer>
iterator =
list.iterator();
while(iterator.hasNext())
{
Integer
j =
iterator.next();
}
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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：
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package
java.lang;
import
java.util.Iterator;
/**
* Implementing this interface allows an object to be the target of
* the "foreach" statement.
*
* @param <T> the type of elements returned by the iterator
*
* @since 1.5
*/
public
interface Iterable<T>
{
/**
* Returns an iterator over a set of elements of type T.
*
* @return an Iterator.
*/
Iterator<T>
iterator();
}
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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：
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public
interface Iterator<E>
{
boolean
hasNext();
E
next();
void
remove();
}
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(2) ArrayList遍历方式结果分析
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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
-----------------------------------------------------------------------
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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
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int
size =
list.size();
for (int
j =
0;
j <
size;
j++)
{
list.get(j);
}
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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
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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);
}
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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
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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
-----------------------------------------------------------------------
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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
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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;
}
}
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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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