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<integer> list = new arraylist<integer>();
for (integer j : list) {
 // use j
}

2、显示调用集合迭代器

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、下标递增循环，终止条件为每次调用size()函数比较判断

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

list<integer> list = new arraylist<integer>();
int size = list.size();
for (int j = 0; j < size; j++) {
 list.get(j);
}

5、下标递减循环

list<integer> list = new arraylist<integer>();
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 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  | 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<integer> 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<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);
}

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<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;
 }
}

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：

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。

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。