高效遍历Java容器

小鱼儿 2022-03-18 02:42 66阅读 0赞

Java 程序员经常使用容器，比如 ArrayList 和 HashSet。Java 8 中的 lambda 语法和 steaming API 可以让我们更方便的使用容器。大部分情况下，我们仅仅处理几千个元素，也不会去考虑性能问题。但是，在一些极端场景下，如果我们需要遍历上百万个元素，性能问题就凸显出来了。

本文将采用 JMH 计算每块代码的运行时间。

**forEach vs. C Style vs. Stream API**

遍历是一个基本的功能。所有编程语言都提供了简单的语法，让程序员去遍历容器。Steam API 以一种非常直接的形式来遍历容器。

publicList streamSingleThread(BenchMarkState state)\{

List result =newArrayList<>(state.testData.size());

state.testData.stream().forEach(item -> \{

result.add(item);

\});

returnresult;

publicList streamMultiThread(BenchMarkState state)\{

List result =newArrayList<>(state.testData.size());

state.testData.stream().parallel().forEach(item -> \{

result.add(item);

\});

returnresult;

forEach 循环也很简单：

publicListforEach(BenchMarkState state)\{

List result =newArrayList<>(state.testData.size());

for(Integer item : state.testData)\{

result.add(item);

returnresult;

C 语言形式的 for 循环啰嗦一些，不过依然很紧凑：

publicListforCStyle(BenchMarkState state)\{

intsize = state.testData.size();

List result =newArrayList<>(size);

for(intj =0; j < size; j ++)\{

result.add(state.testData.get(j));

returnresult;

以下是性能报告：

Benchmark Mode  Cnt   Score   Error  Units

TestLoopPerformance.forCStyle avgt20018.068±0.074ms/op

TestLoopPerformance.forEach avgt20030.566±0.165ms/op

TestLoopPerformance.streamMultiThread   avgt20079.433±0.747ms/op

TestLoopPerformance.streamSingleThread  avgt20037.779±0.485ms/op

使用 C 语言形式的 for 循环，JVM 每次仅仅增加一个数字，然后直接从内存里读出数据。这使得它非常迅速。但是 forEach 就大不一样，根据 StackOverFlow 的**这篇回答**

（https://stackoverflow.com/questions/85190/how-does-the-java-for-each-loop-work/85206\#85206），

和 Oracle 的**文章**

（https://docs.oracle.com/javase/1.5.0/docs/guide/language/foreach.html），

JVM 需要把 forEach 转换成一个 iterator，然后每个元素都调用一次 hasNext() 方法。这就是 forEach 比 C 语言的形式慢一些的原因。

**哪一个是遍历 Set 最高效的方法呢？**

我们先定义测试数据集：

@State(Scope.Benchmark)

publicstaticclassBenchMarkState\{

@Setup(Level.Trial)

publicvoiddoSetup()\{

for(inti =0; i <500000; i++)\{

testData.add(Integer.valueOf(i));

@TearDown(Level.Trial)

publicvoiddoTearDown()\{

testData =newHashSet<>(500000);

publicSet testData =newHashSet<>(500000);

Java 中的 Set 也支持 Steam API 和 forEach 循环。参考之前的测试，如果我们把 Set 转换成 ArrayList，然后遍历 ArrayList，或许性能会好一些？

publicListforCStyle(BenchMarkState state)\{

intsize = state.testData.size();

List result =newArrayList<>(size);

Integer\[\] temp = (Integer\[\]) state.testData.toArray(newInteger\[size\]);

for(intj =0; j < size; j ++)\{

result.add(temp\[j\]);

returnresult;

如果把 iterator 和 C 语言形式结合起来呢？

publicListforCStyleWithIteration(BenchMarkState state)\{

intsize = state.testData.size();

List result =newArrayList<>(size);

Iterator iteration = state.testData.iterator();

for(intj =0; j < size; j ++)\{

result.add(iteration.next());

returnresult;

或者，简单的遍历怎么样？

publicListforEach(BenchMarkState state)\{

List result =newArrayList<>(state.testData.size());

for(Integer item : state.testData) \{

result.add(item);

returnresult;

这个主意不错，不过它的效率也不高，因为初始化一个新的 ArrayList 同样需要消耗资源。

Benchmark     Mode  Cnt  Score   Error  Units

TestLoopPerformance.forCStyle     avgt2006.013±0.108ms/op

TestLoopPerformance.forCStyleWithIteration  avgt2004.281±0.049ms/op

TestLoopPerformance.forEach avgt2004.498±0.026ms/op

HashMap (使用 HashMap 的 HashSet) 不是为遍历所有元素设计的。遍历一个 HashMap 最快的方法是把 Iterator 和 C 语言形式结合起来，这样 JVM 就不会去调用 hasNext()。

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高效遍历Java容器

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