Java中ArrayList和LinkedList的遍历与性能分析

Java中ArrayList和LinkedList的遍历与性能分析

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 list = new ArrayList();

for (Integer j : list) {

// use j

}

2、显示调用集合迭代器

List list = new ArrayList();

for (Iterator iterator = list.iterator(); iterator.hasNext();) {

iterator.next();

}

或

List list = new ArrayList();

Iterator 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 list = new ArrayList();

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 list = new ArrayList();

int size = list.size();

for (int j = 0; j < size; j++) {

list.get(j);

}

5、下标递减循环

List list = new ArrayList();

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 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[] getArrayLists(int... sizeArray) {

List[] listArray = new ArrayList[sizeArray.length];

for (int i = 0; i < listArray.length; i++) {

int size = sizeArray[i];

List list = new ArrayList();

for (int j = 0; j < size; j++) {

list.add(j);

}

listArray[i] = list;http://

}

return listArray;

}

public static List[] getLinkedLists(int... sizeArray) {

List[] listArray = new LinkedList[sizeArray.length];

for (int i = 0; i < listArray.length; i++) {

int size = sizeArray[i];

List list = new LinkedList();

for (int j = 0; j < size; j++) {

list.add(j);

}

listArray[i] = list;

}

return listArray;

}

public static void loopListCompare(List... listArray) {

printHeader(listArray);

long startTime, endTime;

// Type 1

for (int i = 0; i < listArray.length; i++) {

List 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 list = listArray[i];

startTime = Calendar.getInstance().getTimeInMillis();

// Iterator iterator = list.iterator();

// while(iterator.hasNext()) {

// iterator.next();

// }

for (Iterator 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 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 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 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... 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 EvKTvo| 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 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 {

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 {

private Node lastReturned = null;

private Node 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 node(int index) {

// assert isElementIndex(index);

if (index < (size >> 1)) {

Node x = first;

for (int i = 0; i < index; i++)

x = x.next;

return x;

} else {

Node 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。

http://

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

以上就是这篇文章的全部内容了，希望本文的内容对大家学习或者使用Java的时候能有所帮助，如果有疑问大家可以留言交流。

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