Java集合遍历性能

Posted 2020-10-03 我的博客

数据在内存中主要有两种存储方式：

　　1.顺序存储，Random Access（Direct Access）

　　　　这种方式，相邻的数据元素存放于相邻的内存地址中，整块内存地址是连续的，可以根据元素的位置直接计算出内存地址，直接进行读取。读取一个特定位置元素的平均时间复杂度为O(1)。正常来说，只有基于数组实现的集合，才有这种特性。Java中以ArrayList为代表。

　　2.链式存储，Sequential Access：

　　　　这种方式，每一个数据元素，在内存中都不要求处于相邻的位置，每个数据元素包含他的下一个元素的内存地址，不可以根据元素的位置直接计算出内存地址，只能按照顺序读取元素。读取一个特定位置元素的平均时间复杂度为O(n)。主要是以链表为代表。Java中以LinkedList为代表。

遍历方式主要有

　　1.传统的for循环遍历，基于计数器的：

　　　　遍历者自己在集合外部维护一个计数器，然后依次读取每一个位置的元素，当读取到一最后一个元素后，停止。主要是需要按元素的位置来读取。这也是最原始的集合遍历方法。 

for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
    list.get(i);
}

 

　　2.迭代器遍历，Iterator：

　　　　Iterator本来是OO的一个设计模式，主要目的是屏蔽不同数据集合的特点，统一遍历集合的接口。Java作为一个OO语言，自然也在Collections中支持了Iterator模式。相比于传统for循环，Iterator取缔了显式的遍历计数器。所以基于存储集合的Iterator可以直接按位置访问数据。而基于链式存储集合的Iterator，正常的实现，都是需要保持当前遍历的位置。然后根据当前位置来向前或者向后移动指针。

Iterator iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    iterator.next();
}

 

　　3.foreach 循环遍历：

　　　　屏蔽了显式声明的Iterator和计数器。内部也是采用了Iterator的方式实现，只不过Java编译器帮我们生成了这些代码

 

　　　　优点：代码简洁，不易出错。

　　　　缺点：只能做简单的遍历，不能在遍历过程中（删除、替换）数据集合。

for (Object object : list) { 
    System.out.println(object); 
}

 性能如何呢?

　　1.传统的for循环遍历，基于计数器的：

　　　　因为是基于元素的位置，按照位置读取，所以我们知道，对于顺序存储，因为读取特定位置元素的平均时间复杂度是O（1），所以遍历整个集合的平均时间复杂度为O（n）。而对于链式存储，因为读取特定位置元素的平均时间复杂度是O（n），所以遍历整个集合的平均时间复杂度为O(n2)(n的平方)。

　　　　LinkedList每次都需要从第0个元素向后读取。其实他的内部做了小小的优化：查询在链表的前半部分，从链表头开始查找，查询位置在链表后半部分，从链表尾开始查找。 

各遍历方式的适用于什么场合？

　　1.传统的for循环遍历，基于计数器的：

　　　　顺序存储：读取性能比较高。适用于遍历顺序存储集合。

　　　　链式存储：时间复杂度太大，不适合遍历链式存储的集合。

　　2.迭代器遍历，Iterator：

　　　　顺序存储：如果不是太在意时间，推荐选择此方式，毕竟代码更加简洁，也防止了Off-By-One的问题。

　　　　链式存储：意义就重大了，平均时间复杂度降为O(n)，还是挺诱人的，所以推荐这种方式遍历。

　　3.foreach循环遍历：

　　　　foreach只是让代码更加简洁了，但是他有一些缺点，就是遍历过程中，不能操作数据集合（删除等），所以有些场合不适用，而且它本身就是基于Iterator实现的，但是由于类型住转换委托，所以会比直接使用Iterator慢一点，但是还好，时间复杂度都是一样的。