JAVA遍历机制的性能的比较

时间  2019-12-04
标签 java 遍历 机制 性能 比较 栏目 Java 繁體版
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原因

    近段时间在写leetcode的Lemonade Change时候，发现了for循环与forEach循环的耗时是不一致的，在提交记录上面差了一倍......
    日常开发绝大部分业务逻辑的实现都须要遍历机制的帮忙，虽然说也有注意到各数据结构操做的性能比较，可是忽视了遍历机制性能的差别。本来前两天就开始动手写，拖延症......git

正文

    现阶段我所知道JAVA遍历机制有三种github

  • for循环web

  • forEach循环算法

  • Iterator循环数组

    JAVA数据结构千千万，可是大部分都是对基础数据结构的封装，比较HashMap依赖于Node数组，LinkedList底层是链表，ArrayList对数组的再封装......扯远了数据结构

    总结来讲，JAVA的基础数据结构，我以为有两种dom

  • 数组
  • 链表

    若是是加上Hash(Hash的操做与数组以及链表不太一致)，就是三种post

    由于日常开发大部分都优先选择包装后的数据结构，因此下面我会使用性能

  • ArrayList(包装后的数组)
  • LinkedList(包装后的链表)
  • HashSet(包装后的Hash类型数组)

    这三种数据结构在遍历机制不一样的时候时间的差别

    可能有人对我为何不对比HashMap呢，由于JAVA设计中，是先实现了Map，再实现Set。若是你有阅读过源码就会发现:每一个Set子类的实现中，都有一个序列化后的Map对应属性实现，而由于Hash的查找时间复杂度为O(1)，得出key后查找value的时间大体是一致的，因此我不对比HashMap。

题外话

    我在阅读《疯狂JAVA》读到:JAVA的设计者将Map的内部entry数组中的value设为null进而实现了Set。由于我是以源码以及官方文档为准，具体我不清楚正确与否，可是由于Hash中的key互不相同，Set中元素也互不相同，因此我认为这个观点是正确的。

    为了测试的公平性，我会采起如下的限定

  • 每种数据结构的大小都设置三种量级
    • 10
    • 100
    • 1000
  • 元素都采用随机数生成
  • 遍历进行操做都为输出当前元素的值

    注:时间开销受本地环境的影响，可能测量值会出现变化，可是整体上比例是正确的

ArrayList的比较

  • 代码

    public class TextArray {

    private static Random random;

    private static List<Integer> list1;

    private static List<Integer> list2;

    private static List<Integer> list3;

    public static void execute(){
        random=new Random();
        initArray();
        testForWith10Object();
        testForEachWith10Object();
        testIteratorWith10Object();
        testForWith100Object();
        testForEachWith100Object();
        testIteratorWith100Object();
        testForWith1000Object();
        testForEachWith1000Object();
        testIteratorWith1000Object();
    }

    private static void testForWith10Object(){
        printFor(list1);
    }

    private static void testForWith100Object(){
        printFor(list2);
    }

    private static void testForWith1000Object(){
        printFor(list3);
    }

    private static void testForEachWith10Object(){
        printForeach(list1);
    }

    private static void testForEachWith100Object(){
        printForeach(list2);
    }

    private static void testForEachWith1000Object(){
        printForeach(list3);
    }

    private static void testIteratorWith10Object() {
        printIterator(list1);
    }

    private static void testIteratorWith100Object() {
        printIterator(list2);
    }

    private static void testIteratorWith1000Object() {
        printIterator(list3);
    }

    private static void printFor(List<Integer> list){
        System.out.println();
        System.out.print("data:");
        long start=System.currentTimeMillis();
        for(int i=0,length=list.size();i<length;i++){
            System.out.print(list.get(i)+" ");
        }
        System.out.println();
        long end=System.currentTimeMillis();
        System.out.println("for for "+list.size()+":"+(end-start)+"ms");
    }

    private static void printForeach(List<Integer> list){
        System.out.println();
        System.out.print("data:");
        long start=System.currentTimeMillis();
        for(int temp:list){
            System.out.print(temp+" ");
        }
        System.out.println();
        long end=System.currentTimeMillis();
        System.out.println("foreach for "+list.size()+":"+(end-start)+"ms");
    }

    private static void printIterator(List<Integer> list){
        System.out.println();
        System.out.print("data:");
        Iterator<Integer> it=list.iterator();
        long start=System.currentTimeMillis();
        while(it.hasNext()){
            System.out.print(it.next()+" ");
        }
        System.out.println();
        long end=System.currentTimeMillis();
        System.out.println("iterator for "+list.size()+":"+(end-start)+"ms");
    }

    private static void initArray(){
        list1=new ArrayList<>();
        list2=new ArrayList<>();
        list3=new ArrayList<>();
        for(int i=0;i<10;i++){
            list1.add(random.nextInt());
        }
        for(int i=0;i<100;i++){
            list2.add(random.nextInt());
        }
        for(int i=0;i<1000;i++){
            list3.add(random.nextInt());
        }
    }
}

  • 输出(忽略对元素的输出)

    for for 10:1ms
foreach for 10:0ms
iterator for 10:2ms

for for 100:5ms
foreach for 100:4ms
iterator for 100:12ms

for for 1000:33ms
foreach for 1000:7ms
iterator for 1000:16ms
    10 100 1000
    for 1ms 5ms 33ms
    forEach 0ms 4ms 7ms
    Iterator 2ms 12ms 16ms

  • 结论

        for的性能最不稳定，foreach次之，Iterator最好

  • 使用建议

    1. 在数据量不明确的状况下(可能1w,10w或其余)，建议使用Iterator进行遍历

    2. 在数据量明确且量级小的时候，优先使用foreach

    3. 须要使用索引时，使用递增变量的开销比for的要小

LinkedList的比较

  • 代码

    public class TextLinkedList {

    private static Random random;

    private static List<Integer> list1;

    private static List<Integer> list2;

    private static List<Integer> list3;

    public static void execute(){
        random=new Random();
        initList();
        testForWith10Object();
        testForEachWith10Object();
        testIteratorWith10Object();
        testForWith100Object();
        testForEachWith100Object();
        testIteratorWith100Object();
        testForWith1000Object();
        testForEachWith1000Object();
        testIteratorWith1000Object();
    }

    private static void testForWith10Object() {
        printFor(list1);
    }

    private static void testForEachWith10Object() {
        printForeach(list1);
    }

    private static void testIteratorWith10Object() {
        printIterator(list1);
    }

    private static void testForWith100Object() {
        printFor(list2);
    }

    private static void testForEachWith100Object() {
        printForeach(list2);
    }

    private static void testIteratorWith100Object() {
        printIterator(list2);
    }

    private static void testForWith1000Object() {
        printFor(list3);
    }

    private static void testForEachWith1000Object() {
        printForeach(list3);
    }

    private static void testIteratorWith1000Object() {
        printIterator(list3);
    }

    private static void printFor(List<Integer> list){
        System.out.println();
        System.out.print("data:");
        long start=System.currentTimeMillis();
        for(int i=0,size=list.size();i<size;i++){
            System.out.print(list.get(i));
        }
        System.out.println();
        long end=System.currentTimeMillis();
        System.out.println("for for "+list.size()+":"+(end-start)+"ms");
    }

    private static void printForeach(List<Integer> list){
        System.out.println();
        System.out.print("data:");
        long start=System.currentTimeMillis();
        for(int temp:list){
            System.out.print(temp+" ");
        }
        System.out.println();
        long end=System.currentTimeMillis();
        System.out.println("foreach for "+list.size()+":"+(end-start)+"ms");
    }

    private static void printIterator(List<Integer> list){
        System.out.println();
        System.out.print("data:");
        Iterator<Integer> it=list.iterator();
        long start=System.currentTimeMillis();
        while(it.hasNext()){
            System.out.print(it.next()+" ");
        }
        System.out.println();
        long end=System.currentTimeMillis();
        System.out.println("iterator for "+list.size()+":"+(end-start)+"ms");
    }


    private static void initList() {
        list1=new LinkedList<>();
        list2=new LinkedList<>();
        list3=new LinkedList<>();
        for(int i=0;i<10;i++){
            list1.add(random.nextInt());
        }
        for(int i=0;i<100;i++){
            list2.add(random.nextInt());
        }
        for(int i=0;i<1000;i++){
            list3.add(random.nextInt());
        }
    }
}

  • 输出(忽略对元素的输出)

    for for 10:0ms
foreach for 10:1ms
iterator for 10:0ms

for for 100:1ms
foreach for 100:0ms
iterator for 100:3ms

for for 1000:23ms
foreach for 1000:25ms
iterator for 1000:4ms
    10 100 1000
    for 0ms 1ms 23ms
    forEach 1ms 0ms 25ms
    Iterator 0ms 3ms 4ms

  • 结论

        foreach的性能最不稳定，for次之，Iterator最好

  • 使用建议

    1. 尽可能使用Iterator进行遍历

    2. 须要使用索引时，使用递增变量的开销比for的要小

HashSet的比较

    注：因Hash遍历算法与其余类型不一致，因此取消了for循环的比较

  • 代码

    public class TextHash {

    private static Random random;

    private static Set<Integer> set1;

    private static Set<Integer> set2;

    private static Set<Integer> set3;

    public static void execute(){
        random=new Random();
        initHash();
        testIteratorWith10Object();
        testForEachWith10Object();
        testIteratorWith100Object();
        testForEachWith100Object();
        testIteratorWith1000Object();
        testForEachWith1000Object();
    }

    private static void testIteratorWith10Object() {
        printIterator(set1);
    }

    private static void testForEachWith10Object() {
        printForeach(set1);
    }

    private static void testIteratorWith100Object() {
        printIterator(set2);
    }

    private static void testForEachWith100Object() {
        printForeach(set2);
    }

    private static void testIteratorWith1000Object() {
        printIterator(set3);
    }

    private static void testForEachWith1000Object() {
        printForeach(set3);
    }

    private static void initHash() {
        set1=new HashSet<>();
        set2=new HashSet<>();
        set3=new HashSet<>();
        for(int i=0;i<10;i++){
            set1.add(random.nextInt());
        }
        for(int i=0;i<100;i++){
            set2.add(random.nextInt());
        }
        for(int i=0;i<1000;i++){
            set3.add(random.nextInt());
        }
    }

    private static void printIterator(Set<Integer> data){
        System.out.println();
        System.out.print("data:");
        long start=System.currentTimeMillis();
        Iterator<Integer> it=data.iterator();
        while (it.hasNext()){
            System.out.print(it.next()+" ");
        }
        System.out.println();
        long end=System.currentTimeMillis();
        System.out.println("iterator for "+data.size()+":"+(end-start)+"ms");
    }

    private static void printForeach(Set<Integer> data){
        System.out.println();
        System.out.print("data:");
        long start=System.currentTimeMillis();
        for(int temp:data){
            System.out.print(temp+" ");
        }
        System.out.println();
        long end=System.currentTimeMillis();
        System.out.println("foreach for "+data.size()+":"+(end-start)+"ms");
    }
}

  • 输出(忽略对元素的输出)

    iterator for 10:0ms
foreach for 10:0ms

iterator for 100:6ms
foreach for 100:0ms

iterator for 1000:30ms
foreach for 1000:9ms
    10 100 1000
    foreach 0ms 0ms 9ms
    Iterator 0ms 6ms 30ms

  • 结论

        foreach性能遥遥领先于Iterator

  • 使用建议

        之后就选foreach了，性能好，写起来也方便。

总结

  1. for循环性能在三者的对比中整体落于下风，并且开销递增幅度较大。之后即便在须要使用索引时我宁愿使用递增变量也不会使用for了。
  2. Iterator的性能在数组以及链表的表现都是最好的，应该是JAVA的设计者优化过了。在响应时间敏感的状况下(例如web响应)，优先考虑。
  3. foreach的性能属于二者之间，写法简单，时间不敏感的状况下我会尽可能选用。

    以上就是我对常见数据结构遍历机制的一点比较，虽然只是很初步，可是从中我也学到了不少东西，但愿大家也有所收获。

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