Java中ArrayList和LinkedList的遍歷與性能分析
更新時間：2016年12月04日 10:04:57 投稿：daisy
這篇文章主要給大家介紹了ArrayList和LinkedList這兩種list的五種循環(huán)遍歷方式，各種方式的性能測試對比，根據ArrayList和LinkedList的源碼實現分析性能結果，總結結論。相信對大家的理解和學習具有一定的參考價值，有需要的朋友們下面跟著小編一起來學習學習吧。
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，加深對ArrayList和LinkedList實現的了解。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)，終止條件為每次調用size()函數比較判斷
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函數里面list size的大小減小。
其中getArrayLists函數會返回不同size的ArrayList，getLinkedLists函數會返回不同size的LinkedList。
loopListCompare函數會分別用上面的遍歷方式1-5去遍歷每一個list數組(包含不同大小list)中的list。
print開頭函數為輸出輔助函數。
測試環(huán)境為Windows7 32位系統(tǒng) 3.2G雙核CPU 4G內存，Java 7，Eclipse -Xms512m -Xmx512m
最終測試結果如下：
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對比結果，第二張表為LinkedList對比結果。
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的結果稍微有點偏差，將測試代碼中的幾個Type順序調換會發(fā)現，for each耗時和for iterator接近。
遍歷方式性能測試結果分析
1、foreach介紹
foreach是Java SE5.0引入的功能很強的循環(huán)結構，for (Integer j : list)應讀作for each int in list。
for (Integer j : list)實現幾乎等價于
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
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函數同樣通過直接定位數據獲取元素，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遍歷方式結果分析
a. 在LinkedList大小接近一萬時，get方式和Iterator方式就已經差了差不多兩個數量級，十萬時Iterator方式性能已經遠勝于get方式。
我們看看LinkedList中迭代器和get方法的實現
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雜度為哦O(n)，遍歷的時間復雜度就達到了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遍歷方式結果對比分析
從上面的數量級來看，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)現兩者基本在一個數量級上。
但ArrayList get函數直接定位獲取的方式時間復雜度為O(1)，而LinkedList的get函數時間復雜度為O(n)。
再結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。
結論總結
通過上面的分析我們基本可以總結下：
- 無論ArrayList還是LinkedList，遍歷建議使用foreach，尤其是數據量較大時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
以上就是這篇文章的全部內容了，希望本文的內容對大家學習或者使用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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