高效遍历Java容器

作者: java面试笔试 | 来源:发表于2018-08-26 15:20 被阅读4次

通过本文,你可以更深入的学习 Java 语言中 forEach 语法的知识,以及它和 C 语言形式的 for 循环、 Steam API 的对比。

简介

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.forEachavgt20030.566±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.forEachavgt2004.498±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()。

结论

Foreach 和 Steam API 用来处理集合是很方便的。你可以更快的写代码。不过,如果你的系统很稳定,性能是一个主要的考量,你应该考虑一下重写你的循环。

扩展阅读

思维导图,Eclipse 上提高效率的技巧

手写spring+springmvc+mybatis框架篇【springIOC容器】

公众号:javafirst

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