• java集合遍历的几种方式总结及比较


    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
    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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