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，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

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，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，終止條件為和等於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

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。

測試環境為Windows7 32位系統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：由於首次遍歷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結構， for (Integer j : list)應讀作for each int in list 。

for (Integer j : list)實現幾乎等價於

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. 在十萬以後，第四、五種遍歷方式快於前三種，get方式優於Iterator方式，並且

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。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方式性能已經遠勝於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並返回。而get方法會從頭遍歷直到index下標，查找一個元素時間複雜度為哦O(n)，遍歷的時間複雜度就達到了O(n2)。

所以對於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循環遍歷，ArrayList和LinkedList時間差不多，可將本例稍作修改加大list size會發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複雜度為O(1)，而LinkedList的get函數時間複雜度為O(n)。

再結合考慮空間消耗的話，建議首選ArrayList。對於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：

1. 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。
   
2. List使用首選ArrayList。對於個別插入刪除非常多的可以使用LinkedList。
   
3. 可能在遍歷List循環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。