Java三种for循环的性能分析一、遍历集合的三种方式二、性能测试三、原因分析

81 阅读 0 评论 54 点赞

我是靠谱客的博主会撒娇大地，最近开发中收集的这篇文章主要介绍Java三种for循环的性能分析一、遍历集合的三种方式二、性能测试三、原因分析，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

一、遍历集合的三种方式

1.普通for循环

2.迭代器循环

3.增强型for循环

二、性能测试

三、原因分析

1.ArrayList

1）普通for循环

2）迭代器循环

2.LinkedList

1）普通for循环

2）迭代器循环

结论：随机读取的情况下，数组结构优于链表结构；从头遍历的情况下，普通for循环只适用于数组结构，而迭代器根据实现不同，数组结构和链表结构都选取了效率高的方式遍历，迭代器遍历两种结构的效率相差不大，都很高，增强型for循环类比迭代器。

一、遍历集合的三种方式

1.普通for循环

2.迭代器循环

3.增强型for循环

        /**
         * 普通for循环
         */
        for (int i = 0; i < arrayList.size(); i++) {

        }

        /**
         * 迭代器
         */
        Iterator<String> iterator = arrayList.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {

        }

        /**
         * 增强型for循环
         */
        for (String string : arrayList) {

        }

三种方法class文件代码如下：

        for(int i = 0; i < arrayList.size(); ++i) {
        }

        Iterator iterator = arrayList.iterator();

        while(iterator.hasNext()) {
        }

        String var5;
        for(Iterator var4 = arrayList.iterator(); var4.hasNext(); var5 = (String)var4.next()) {
        }

我们可以发现，其实增强型for循环实际上也是用的迭代器循环，只是它把声明这些都隐藏了

二、性能测试

public class MainClass {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> arrayList = new ArrayList<>();
        List<String> linkedList = new LinkedList<>();
        Long addTime = System.currentTimeMillis();
        for (int count = 0; count < 100000; count++) {
            arrayList.add("数组" + count);
        }
        Long addTime2 = System.currentTimeMillis();
        for (int count = 0; count < 100000; count++) {
            linkedList.add("链表" + count);
        }
        Long addTime3 = System.currentTimeMillis();
        test(arrayList);
        //test(linkedList);
        System.out.println("数组添加耗时：" + (addTime2 - addTime));
        System.out.println("链表添加耗时：" + (addTime3 - addTime2));
        //arrayList.iterator();
        //linkedList.iterator();
        //arrayList.add("");
        //linkedList.add("");
        //arrayList.remove(0);
        //linkedList.remove(0);

    }

    public static void test(List<String> list) {
        Long time1 = System.currentTimeMillis();
        /**
         * 普通for循环
         */
        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
            System.out.println(list.get(i));
        }

        Long time2 = System.currentTimeMillis();
        /**
         * 迭代器
         */
        Iterator<String> iterator = list.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.println(iterator.next());
        }

        Long time3 = System.currentTimeMillis();
        /**
         * 增强型for循环
         */
        for (String string : list) {
            System.out.println(string);
        }
        Long time4 = System.currentTimeMillis();
        String type = list instanceof ArrayList ? "数组" : "链表";
        System.out.println(type + "普通for循环耗时：" + (time2 - time1));
        System.out.println(type + "迭代器循环耗时：" + (time3 - time2));
        System.out.println(type + "增强型for循环耗时：" + (time4 - time3));
    }

测试结果如下：

总结：对于数组结构，三种循环方式在10W数据甚至提高到100W下区别不明显，而链表结构，三种循环方式，普通for循环效率远远低于后两种；而添加数据而言，随着数据量的增大，数组结构效率远远低于链表结构

三、原因分析

数组数据结构：连续的内存空间，每个节点保存数据，不保存前后节点信息，保存了头节点的内存地址信息

链表数据结构：逻辑连续、物理不一定连续的内存空间，每个节点除了保存节点数据，还保存前后节点的指针信息

对于添加删除操作而言，数组结构效率远远低于链表结构，是因为数组每操作一次，都会移动操作数据下标后续的数据，比如删除了第五个节点，为了保持数组数据内存上的连续性，后续的第六第七等节点就会向前移动一位，以前的第六变成了第五，第七变成了第六，以此类推，并且数组在添加中还会进行扩容，这些也会消耗性能；而链表只需要修改操作节点前后节点的指针，删除了第五个节点，只需要把第四个节点的next指针由原来指向第五个节点改成指向原来的第六个节点，原来第六个节点的prev指针由以前指向第五个节点改成指向第四个节点，仅仅只需要修改三个节点的数据，也能维持数据的连续有序。

下面分析两种数据结构循环的流程（源码为java中的arraylist和linkedlist）

在分析之前，先解释一下array[i]（数组结构的get(i)就是调用array[i]）这个方法

在数组结构中，因为保存了头结点的内存地址，并且数组数据在内存中是连续的地址，所以计算某一个节点的内存地址就很容易：头结点的内存地址+头结点内存地址*数据下标，得到的内存地址就是对应下标数据的内存地址，时间复杂度为O(1)

例：头结点内存地址为1，那么第五个节点的内存地址就是1 + 1*4 = 5；

在链表结构中，因为内存地址的不连续性，所以要找到某一个节点的位置，必须从头或者从尾遍历，在java中，链表会根据下标的大小，决定要么从头遍历，要么从尾遍历，时间复杂度为O(n)

1.ArrayList

1）普通for循环

因为普通for循环是通过下标array[i]来获取数据，那么数组结构的get(i)只需要计算一次就能找到目标数据，所以能够最快速的返回目标数据

2）迭代器循环

先看一下ArrayList迭代器实现源代码：

截图里面的Itr是ArrayList的内部类，调用arrayList.iterator()会new一个该对象，如下：

在Itr类中，cursor为游标，指向下一个元素下标，modCount是ArrayList的成员变量，记录数组的被操作次数，比如add()和remove()方法都会导致该变量+1，这个变量也是我们用迭代器遍历数组，操作数组之后会报错的原因

来看迭代器遍历中，先判断iterator.hasNext()，方法源码如下：

只要cursor不等于数组大小返回true，因为cursor初始值为0，所以正常情况下该值不会大于size

之后是获取目标数据iterator.next()，方法源码如下：

进入方法，第一部先检查修改次数checkForComodification()，源码如下：

因为在初始化内部类时，Itr的成员变量被赋值为了modCount的值，而modCount的值表示该数组被操作了几次，add()和remove()都会是这个值+1，所以expectedModCount成员变量的意义就是记录数组在遍历之前被操作的次数

如果在遍历过程中，对数组进行了add()或者remove()等会导致modCount改变的方法，那么就会报错，这个判断的意义就在于，使用迭代器遍历时，不允许外部操作数组，而内部类Itr其实也提供了一个remove()方法，这个方法在操作数组的时候会更新expectedModCount和modCount的值，所以如果需要在遍历时操作数组，可以调用Itr的内部方法

继续往下看，通过对游标数值的合法判断，最后返回数组elementData[i]的值，上面也讲到，数组获取某个下标的数据，只需要进行一次计算就可以找到，所以这个方法是可以很快返回目标数据的

数组结构的遍历，总结下来就是，普通for循环和迭代器循环，最后都是通过array[i]来获取目标数据，时间复杂度都是O(1)所以相差不大，差别就在迭代器执行了其他的判断逻辑等