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 10:2msfor for 100:5ms
foreach for 100:4ms
iterator for 100:12msfor for 1000:33ms
foreach for 1000:7ms
iterator for 1000:16ms
10
100
1000
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
- 在数据量明确且量级小的时候,优先使用foreach
- 需要使用索引时,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 10:0msfor for 100:1ms
foreach for 100:0ms
iterator for 100:3msfor for 1000:23ms
foreach for 1000:25ms
iterator for 1000:4ms
10
100
1000
结论
foreach的性能最不稳定,for次之,Iterator最好
使用建议
- 尽量使用Iterator进行遍历
- 需要使用索引时,使用递增变量的开销比for的要小
HashSet的比较
注:因Hash遍历算法与其他类型不一致,所以取消了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 10:0msiterator for 100:6ms
foreach for 100:0msiterator for 1000:30ms
foreach for 1000:9ms
10
100
1000
结论
foreach性能遥遥领先于Iterator
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。
好了,以上就是这篇文章的全部内容了,希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,谢谢大家对自由互联的支持。