Java遍历集合方法分析(实现原理、算法性能、适用场合)


Posted in Javascript onApril 25, 2016

概述

Java语言中,提供了一套数据集合框架,其中定义了一些诸如List、Set等抽象数据类型,每个抽象数据类型的各个具体实现,底层又采用了不同的实现方式,比如ArrayList和LinkedList。

除此之外,Java对于数据集合的遍历,也提供了几种不同的方式。开发人员必须要清楚的明白每一种遍历方式的特点、适用场合、以及在不同底层实现上的表现。下面就详细分析一下这一块内容。

数据元素是怎样在内存中存放的?

数据元素在内存中,主要有2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,每个数据元素包含它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)。主要以链表为代表。

Java中以LinkedList为代表。

Java中提供的遍历方式有哪些?

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,当读取到最后一个元素后,停止。主要就是需要按元素的位置来读取元素。这也是最原始的集合遍历方法。

写法为:

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,主要目的就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。

写法为:

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。

优点:代码简洁,不易出错。

缺点:只能做简单的遍历,不能在遍历过程中操作(删除、替换)数据集合。

写法为:

for (ElementType element : list) {
}

每个遍历方法的实现原理是什么?

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,当读取到最后一个元素后,停止。主要就是需要按元素的位置来读取元素。

2、迭代器遍历,Iterator:

每一个具体实现的数据集合,一般都需要提供相应的Iterator。相比于传统for循环,Iterator取缔了显式的遍历计数器。所以基于顺序存储集合的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,都是需要保存当前遍历的位置。然后根据当前位置来向前或者向后移动指针。

3、foreach循环遍历:

根据反编译的字节码可以发现,foreach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。

各遍历方式对于不同的存储方式,性能如何?

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,按位置读取。所以我们可以知道,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)。

ArrayList按位置读取的代码:直接按元素位置读取。

transient Object[] elementData;
public E get(int index) {
rangeCheck(index);
return elementData(index);
}
E elementData(int index) {
return (E) elementData[index];
}

LinkedList按位置读取的代码:每次都需要从第0个元素开始向后读取。其实它内部也做了小小的优化。

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)) { //查询位置在链表前半部分,从链表头开始查找
Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else { //查询位置在链表后半部分,从链表尾开始查找
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}

2、迭代器遍历,Iterator:

那么对于RandomAccess类型的集合来说,没有太多意义,反而因为一些额外的操作,还会增加额外的运行时间。但是对于Sequential Access的集合来说,就有很重大的意义了,因为Iterator内部维护了当前遍历的位置,所以每次遍历,读取下一个位置并不需要从集合的第一个元素开始查找,只要把指针向后移一位就行了,这样一来,遍历整个集合的时间复杂度就降低为O(n);

(这里只用LinkedList做例子)LinkedList的迭代器,内部实现,就是维护当前遍历的位置,然后操作指针移动就可以了:

代码:

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循环遍历:

分析Java字节码可知,foreach内部实现原理,也是通过Iterator实现的,只不过这个Iterator是Java编译器帮我们生成的,所以我们不需要再手动去编写。但是因为每次都要做类型转换检查,所以花费的时间比Iterator略长。时间复杂度和Iterator一样。

使用Iterator的字节码:

Code:
new # // class java/util/ArrayList
dup
invokespecial # // Method java/util/ArrayList."<init>":()V
astore_
aload_
invokeinterface #, // InterfaceMethod java/util/List.iterator:()Ljava/util/Iterator;
astore_
goto 
aload_
invokeinterface #, // InterfaceMethod java/util/Iterator.next:()Ljava/lang/Object;
pop
aload_
invokeinterface #, // InterfaceMethod java/util/Iterator.hasNext:()Z
ifne 
return

使用foreach的字节码:

Code:
new # // class java/util/ArrayList
dup
invokespecial # // Method java/util/ArrayList."<init>":()V
astore_
aload_
invokeinterface #, // InterfaceMethod java/util/List.iterator:()Ljava/util/Iterator;
astore_
goto 
aload_
invokeinterface #, // InterfaceMethod java/util/Iterator.next:()Ljava/lang/Object;
checkcast # // class loop/Model
astore_
aload_
invokeinterface #, // InterfaceMethod java/util/Iterator.hasNext:()Z
ifne 
return

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,不适用于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,所以推荐此种遍历方式。

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),所以有些场合不使用。而且它本身就是基于Iterator实现的,但是由于类型转换的问题,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。所以怎么选择,参考上面两种方式,做一个折中的选择。

Java的最佳实践是什么?

Java数据集合框架中,提供了一个RandomAccess接口,该接口没有方法,只是一个标记。通常被List接口的实现使用,用来标记该List的实现是否支持Random Access。

一个数据集合实现了该接口,就意味着它支持Random Access,按位置读取元素的平均时间复杂度为O(1)。比如ArrayList。

而没有实现该接口的,就表示不支持Random Access。比如LinkedList。

所以看来JDK开发者也是注意到这个问题的,那么推荐的做法就是,如果想要遍历一个List,那么先判断是否支持Random Access,也就是 list instanceof RandomAccess。

比如:

if (list instanceof RandomAccess) {
//使用传统的for循环遍历。
} else {
//使用Iterator或者foreach。
}

以上所述是小编给大家介绍的Java遍历集合方法分析(实现原理、算法性能、适用场合),希望对大家有所帮助!

Javascript 相关文章推荐
jquery.alert 弹出式复选框实现代码
Jun 15 Javascript
jquery中.add()的使用分析
Apr 26 Javascript
jquery限定文本框只能输入数字即整数和小数
Nov 29 Javascript
Javascript中实现trim()函数的两种方法
Feb 04 Javascript
基于javascript实现tab选项卡切换特效调试笔记
Mar 30 Javascript
jQuery使用动画队列自定义动画操作示例
Jun 16 jQuery
Vue项目部署的实现(阿里云+Nginx代理+PM2)
Mar 26 Javascript
angular使用md5,CryptoJS des加密的方法
Jun 03 Javascript
Vue动态修改网页标题的方法及遇到问题
Jun 09 Javascript
浅谈bootstrap layer.open中end的使用方法
Sep 12 Javascript
Vue实现渲染数据后控制滚动条位置(推荐)
Dec 09 Javascript
javascript实现数字时钟效果
Feb 06 Javascript
下雪了 javascript实现雪花飞舞
Aug 02 #Javascript
基于node实现websocket协议
Apr 25 #Javascript
Bootstrap每天必学之导航组件
Apr 25 #Javascript
JavaScript常用字符串与数组扩展函数小结
Apr 24 #Javascript
javascript断点调试心得分享
Apr 23 #Javascript
基于 Node.js 实现前后端分离
Apr 23 #Javascript
javascript学习指南之回调问题
Apr 23 #Javascript
You might like
IIS6+PHP5+MySQL5+Zend Optimizer+phpMyAdmin安装配置图文教程 2009年
2009/06/08 PHP
php 中文字符入库或显示乱码问题的解决方法
2010/04/12 PHP
memcache一致性hash的php实现方法
2015/03/05 PHP
PHP对象相关知识总结
2017/04/09 PHP
js右键菜单效果代码
2007/07/21 Javascript
基于JQuery的简单实现折叠菜单代码
2010/09/15 Javascript
基于Jquery的回车成tab焦点切换效果代码(Enter To Tab )
2010/11/14 Javascript
javascript中检测变量的类型的代码
2010/12/28 Javascript
JS打开新窗口的2种方式
2013/04/18 Javascript
jQuery对象的selector属性用法实例
2014/12/27 Javascript
jQuery实现鼠标双击Table单元格变成文本框及输入内容后更新到数据库的方法
2015/11/25 Javascript
第一次接触神奇的Bootstrap菜单和导航
2016/08/01 Javascript
针对JavaScript中this指向的简单理解
2016/08/26 Javascript
jQuery之动画效果大全
2016/11/09 Javascript
用iframe实现不刷新整个页面上传图片的实例
2016/11/18 Javascript
nodejs+websocket实时聊天系统改进版
2017/05/18 NodeJs
JS实现提交表单前的数字及邮箱校检功能
2017/11/13 Javascript
微信小程序实现富文本图片宽度自适应的方法
2019/01/20 Javascript
VueJs里利用CryptoJs实现加密及解密的方法示例
2019/04/29 Javascript
Vue filter 过滤当前时间 实现实时更新效果
2019/12/20 Javascript
springboot+vue实现文件上传下载
2020/11/17 Vue.js
使用Python爬了4400条淘宝商品数据,竟发现了这些“潜规则”
2018/03/23 Python
基于python实现聊天室程序
2018/07/27 Python
Python简单基础小程序的实例代码
2019/04/28 Python
python使用MQTT给硬件传输图片的实现方法
2019/05/05 Python
Python动态导入模块:__import__、importlib、动态导入的使用场景实例分析
2020/03/30 Python
Python学习之路安装pycharm的教程详解
2020/06/17 Python
selenium设置浏览器为headless无头模式(Chrome和Firefox)
2021/01/08 Python
英国健身仓库:Bodybuilding Warehouse
2019/03/06 全球购物
美国巧克力喷泉品牌:Sephra
2019/05/05 全球购物
新浪网技术部笔试题
2016/08/26 面试题
会计专业个人求职信范文
2014/01/08 职场文书
党的群众路线教育实践活动总结报告
2014/04/28 职场文书
写给同事的离职感言
2015/08/04 职场文书
html2 canvas svg不能识别的解决方案
2021/06/03 HTML / CSS
详解在SQLPlus中实现上下键翻查历史命令的功能
2022/03/18 SQL Server