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缘由
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......
平常开发绝大部分业务逻辑的实现都需要遍历机制的帮忙，虽说也有注意到各数据结构操作的性能比较，但是忽视了遍历机制性能的差异。原本前两天就开始动手写，拖延症......
正文
现阶段我所知道JAVA遍历机制有三种
-
for循环
-
forEach循环
-
Iterator循环
JAVA数据结构千千万，但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
总结来说，JAVA的基础数据结构，我觉得有两种
- 数组
- 链表
如果是加上Hash(Hash的操作与数组以及链表不太一致)，就是三种
因为平常开发大部分都优先选择包装后的数据结构，所以下面我会使用
- 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同的时候时间的差异
可能有人对我为什么不对比HashMap呢，因为JAVA设计中，是先实现了Map，再实现Set。如果你有阅读过源码就会发现:每个Set子类的实现中，都有一个序列化后的Map对应属性实现，而因为Hash的查找时间复杂度为O(1)，得出key后查找value的时间大致是一致的，所以我不对比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。因为我是以源码以及官方文档为准，具体我不清楚正确与否，但是因为Hash中的key互不相同，Set中元素也互不相同，所以我认为这个观点是正确的。
为了测试的公平性，我会采取以下的限定
- 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
- 遍历进行操作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，但是总体上比例是正确的
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 1000:16ms10 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
-
在数据量不明确的情况下(可能1w,10w或其他)，建议使用Iterator进行遍历
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在数据量明确且量级小的时候，优先使用foreach
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需要使用索引时，使用递增变量的开销比for的要小
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LinkedList的比较
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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 1000:4ms10 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
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使用建议
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尽量使用Iterator进行遍历
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需要使用索引时，使用递增变量的开销比for的要小
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HashSet的比较
注：因Hash遍历算法与其他类型不一致，所以取消了for循环的比较
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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 1000:9ms10 100 1000 foreach 0ms 0ms 9ms Iterator 0ms 6ms 30ms -
结论
foreach性能遥遥领先于Iterator
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使用建议
以后就选foreach了，性能好，写起来也方便。
总结
- for循环性能在三者的对比中总体落于下风，而且开销递增幅度较大。以后即使在需要使用索引时我宁愿使用递增变量也不会使用for了。
- 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。在响应时间敏感的情况下(例如web响应)，优先考虑。
- foreach的性能属于两者之间，写法简单，时间不敏感的情况下我会尽量选用。
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，但是从中我也学到了很多东西，希望你们也有所收获。
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