Java中遍歷集合的三種方法

集合遍歷操作的三種方式:

1. Iterator迭代器方式

2. 增強(qiáng)for循環(huán)

3. 普通for循環(huán)

代碼如下:


這是一張圖片.png

每個(gè)遍歷方法的實(shí)現(xiàn)原理是什么?

1、傳統(tǒng)的for循環(huán)遍歷茎截,基于計(jì)數(shù)器的:

??????? 遍歷者自己在集合外部維護(hù)一個(gè)計(jì)數(shù)器,然后依次讀取每一個(gè)位置的元素,當(dāng)讀取到最后一個(gè)元素后案训,停止。主要就是需要按元素的位置來讀取元素粪糙。

2强霎、迭代器遍歷,Iterator:

??????? 每一個(gè)具體實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)集合蓉冈,一般都需要提供相應(yīng)的Iterator城舞。相比于傳統(tǒng)for循環(huán),Iterator取締了顯式的遍歷計(jì)數(shù)器寞酿。所以基于順序存儲(chǔ)集合的Iterator可以直接按位置訪問數(shù)據(jù)家夺。而基于鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)集合的Iterator,正常的實(shí)現(xiàn)熟嫩,都是需要保存當(dāng)前遍歷的位置秦踪。然后根據(jù)當(dāng)前位置來向前或者向后移動(dòng)指針。

3掸茅、foreach循環(huán)遍歷:

??????? 根據(jù)反編譯的字節(jié)碼可以發(fā)現(xiàn)椅邓,foreach內(nèi)部也是采用了Iterator的方式實(shí)現(xiàn),只不過Java編譯器幫我們生成了這些代碼昧狮。

各遍歷方式對(duì)于不同的存儲(chǔ)方式景馁,性能如何?

1逗鸣、傳統(tǒng)的for循環(huán)遍歷合住,基于計(jì)數(shù)器的:

因?yàn)槭腔谠氐奈恢么戮次恢米x取。所以我們可以知道透葛,對(duì)于順序存儲(chǔ)笨使,因?yàn)樽x取特定位置元素的平均時(shí)間復(fù)雜度是O(1),所以遍歷整個(gè)集合的平均時(shí)間復(fù)雜度為O(n)僚害。而對(duì)于鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)硫椰,因?yàn)樽x取特定位置元素的平均時(shí)間復(fù)雜度是O(n),所以遍歷整個(gè)集合的平均時(shí)間復(fù)雜度為O(n2)(n的平方)萨蚕。

ArrayList按位置讀取的代碼:直接按元素位置讀取靶草。

transient Object[] elementData;

public E get(int index) {

? ? rangeCheck(index);

? ? return elementData(index);

}

E elementData(int index) {

? ? return (E) elementData[index];

}

LinkedList按位置讀取的代碼:每次都需要從第0個(gè)元素開始向后讀取。其實(shí)它內(nèi)部也做了小小的優(yōu)化岳遥。

transient int size = 0;

transient Node<E> first;

transient Node<E> last;

public E get(int index) {

? ? checkElementIndex(index);

? ? return node(index).item;

}

Node<E> node(int index) {

? ? if (index < (size >> 1)) {? //查詢位置在鏈表前半部分奕翔,從鏈表頭開始查找

? ? ? ? Node<E> x = first;

? ? ? ? for (int i = 0; i < index; i++)

? ? ? ? ? ? x = x.next;

? ? ? ? return x;

? ? } else {? ? ? ? ? ? ? ? ? ? //查詢位置在鏈表后半部分,從鏈表尾開始查找

? ? ? ? Node<E> x = last;

? ? ? ? for (int i = size - 1; i > index; i--)

? ? ? ? ? ? x = x.prev;

? ? ? ? return x;

? ? }

}

2浩蓉、迭代器遍歷派继,Iterator:

??????? 那么對(duì)于RandomAccess類型的集合來說,沒有太多意義妻往,反而因?yàn)橐恍╊~外的操作互艾,還會(huì)增加額外的運(yùn)行時(shí)間。但是對(duì)于Sequential Access的集合來說讯泣,就有很重大的意義了纫普,因?yàn)镮terator內(nèi)部維護(hù)了當(dāng)前遍歷的位置,所以每次遍歷好渠,讀取下一個(gè)位置并不需要從集合的第一個(gè)元素開始查找昨稼,只要把指針向后移一位就行了,這樣一來拳锚,遍歷整個(gè)集合的時(shí)間復(fù)雜度就降低為O(n)假栓;

??????? (這里只用LinkedList做例子)LinkedList的迭代器,內(nèi)部實(shí)現(xiàn)霍掺,就是維護(hù)當(dāng)前遍歷的位置匾荆,然后操作指針移動(dòng)就可以了:

代碼:

public E next() {

? ? checkForComodification();

? ? if (!hasNext())

? ? ? ? throw new NoSuchElementException();

? ? lastReturned = next;

? ? next = next.next;

? ? nextIndex++;

? ? return lastReturned.item;

}

public E previous() {

? ? checkForComodification();

? ? if (!hasPrevious())

? ? ? ? throw new NoSuchElementException();

? ? lastReturned = next = (next == null) ? last : next.prev;

? ? nextIndex--;

? ? return lastReturned.item;

}

3、foreach循環(huán)遍歷:

分析Java字節(jié)碼可知杆烁,foreach內(nèi)部實(shí)現(xiàn)原理牙丽,也是通過Iterator實(shí)現(xiàn)的,只不過這個(gè)Iterator是Java編譯器幫我們生成的兔魂,所以我們不需要再手動(dòng)去編寫烤芦。但是因?yàn)槊看味家鲱愋娃D(zhuǎn)換檢查,所以花費(fèi)的時(shí)間比Iterator略長(zhǎng)析校。時(shí)間復(fù)雜度和Iterator一樣构罗。

使用Iterator的字節(jié)碼:

Code:

? ? ? 0: new? ? ? ? ? #16? ? ? ? ? ? ? ? // class java/util/ArrayList

? ? ? 3: dup

? ? ? 4: invokespecial #18? ? ? ? ? ? ? ? // Method java/util/ArrayList."<init>":()V

? ? ? 7: astore_1

? ? ? 8: aload_1

? ? ? 9: invokeinterface #19,? 1? ? ? ? ? // InterfaceMethod java/util/List.iterator:()Ljava/util/Iterator;

? ? ? 14: astore_2

? ? ? 15: goto? ? ? ? ? 25

? ? ? 18: aload_2

? ? ? 19: invokeinterface #25,? 1? ? ? ? ? // InterfaceMethod java/util/Iterator.next:()Ljava/lang/Object;

? ? ? 24: pop

? ? ? 25: aload_2

? ? ? 26: invokeinterface #31,? 1? ? ? ? ? // InterfaceMethod java/util/Iterator.hasNext:()Z

? ? ? 31: ifne? ? ? ? ? 18

? ? ? 34: return

使用foreach的字節(jié)碼:

Code:

? ? ? 0: new? ? ? ? ? #16? ? ? ? ? ? ? ? // class java/util/ArrayList

? ? ? 3: dup

? ? ? 4: invokespecial #18? ? ? ? ? ? ? ? // Method java/util/ArrayList."<init>":()V

? ? ? 7: astore_1

? ? ? 8: aload_1

? ? ? 9: invokeinterface #19,? 1? ? ? ? ? // InterfaceMethod java/util/List.iterator:()Ljava/util/Iterator;

? ? ? 14: astore_3

? ? ? 15: goto? ? ? ? ? 28

? ? ? 18: aload_3

? ? ? 19: invokeinterface #25,? 1? ? ? ? ? // InterfaceMethod java/util/Iterator.next:()Ljava/lang/Object;

? ? ? 24: checkcast? ? #31? ? ? ? ? ? ? ? // class loop/Model

? ? ? 27: astore_2

? ? ? 28: aload_3

? ? ? 29: invokeinterface #33,? 1? ? ? ? ? // InterfaceMethod java/util/Iterator.hasNext:()Z

? ? ? 34: ifne? ? ? ? ? 18

? ? ? 37: return

各遍歷方式的適用于什么場(chǎng)合铜涉?

1、傳統(tǒng)的for循環(huán)遍歷遂唧,基于計(jì)數(shù)器的:

??????? 順序存儲(chǔ):讀取性能比較高芙代。適用于遍歷順序存儲(chǔ)集合。

?鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ):時(shí)間復(fù)雜度太大盖彭,不適用于遍歷鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)的集合链蕊。

2、迭代器遍歷谬泌,Iterator:

?順序存儲(chǔ):如果不是太在意時(shí)間,推薦選擇此方式逻谦,畢竟代碼更加簡(jiǎn)潔掌实,也防止了Off-By-One的問題。

?鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ):意義就重大了邦马,平均時(shí)間復(fù)雜度降為O(n)贱鼻,還是挺誘人的,所以推薦此種遍歷方式滋将。

3邻悬、foreach循環(huán)遍歷:

??????? foreach只是讓代碼更加簡(jiǎn)潔了,但是他有一些缺點(diǎn)随闽,就是遍歷過程中不能操作數(shù)據(jù)集合(刪除等)父丰,所以有些場(chǎng)合不使用。而且它本身就是基于Iterator實(shí)現(xiàn)的掘宪,但是由于類型轉(zhuǎn)換的問題蛾扇,所以會(huì)比直接使用Iterator慢一點(diǎn),但是還好魏滚,時(shí)間復(fù)雜度都是一樣的镀首。所以怎么選擇,參考上面兩種方式鼠次,做一個(gè)折中的選擇更哄。

Java的最佳實(shí)踐是什么?

??????? Java數(shù)據(jù)集合框架中腥寇,提供了一個(gè)RandomAccess接口成翩,該接口沒有方法,只是一個(gè)標(biāo)記花颗。通常被List接口的實(shí)現(xiàn)使用捕传,用來標(biāo)記該List的實(shí)現(xiàn)是否支持Random Access。

??????? 一個(gè)數(shù)據(jù)集合實(shí)現(xiàn)了該接口扩劝,就意味著它支持Random Access庸论,按位置讀取元素的平均時(shí)間復(fù)雜度為O(1)职辅。比如ArrayList。

??????? 而沒有實(shí)現(xiàn)該接口的聂示,就表示不支持Random Access域携。比如LinkedList。

??????? 所以看來JDK開發(fā)者也是注意到這個(gè)問題的鱼喉,那么推薦的做法就是秀鞭,如果想要遍歷一個(gè)List,那么先判斷是否支持Random Access扛禽,也就是 list instanceof RandomAccess锋边。

比如:

? ? if(list? instanceof? RandomAccess) {

? ? ? ?//使用傳統(tǒng)的for循環(huán)遍歷。

? ? }else {

? ? //使用Iterator或者foreach编曼。

? ? }

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