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Java集合遍历的几种方式总结及比较

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集合类的通用遍历方式, 用迭代器迭代:

Iterator it = list.iterator();

while(it.hasNext()) {

Object obj = it.next();

}

Map遍历方式:

1、通过获取所有的key按照key来遍历

//Set<Integer> set = map.keySet(); //得到所有key的集合
for (Integer in : map.keySet()) {
    String str = map.get(in);//得到每个key多对用value的值
}

2、通过Map.entrySet使用iterator遍历key和value

Iterator<Map.Entry<Integer, String>> it = map.entrySet().iterator();
while (it.hasNext()) {
     Map.Entry<Integer, String> entry = it.next();
       System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= " + entry.getValue());
}

3、通过Map.entrySet遍历key和value,推荐,尤其是容量大时

for (Map.Entry<Integer, String> entry : map.entrySet()) {
    //Map.entry<Integer,String> 映射项(键-值对)  有几个方法:用上面的名字entry
    //entry.getKey() ;entry.getValue(); entry.setValue();
    //map.entrySet()  返回此映射中包含的映射关系的 Set视图。
    System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= " + entry.getValue());
}

4、通过Map.values()遍历所有的value,但不能遍历key

for (String v : map.values()) {
    System.out.println("value= " + v);
}

List遍历方式:

第一种:

for(Iterator iterator = list.iterator();iterator.hasNext();){                    
    int i = (Integer) iterator.next();                   
    System.out.println(i);               
}

第二种:

Iterator iterator = list.iterator();
while(iterator.hasNext()){
    int i = (Integer) iterator.next();
    System.out.println(i);
}

第三种:

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

第四种:

for(int i = 0 ;i<list.size();i++) {  
    int j= (Integer) list.get(i);
    System.out.println(j);  
}

数据元素是怎样在内存中存放的?

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。

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。

Iterator和foreach字节码如下:

//使用Iterator的字节码:
    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的字节码:
    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

View Code

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。
}

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