高效的找出两个List中的不同元素

如题：有List<String> list1和List<String> list2,两个集合各有上万个元素，怎样取出两个集合中不同的元素?

方法1：遍历两个集合：

package com.czp.test;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class TestList {

    public static void main(String[] args) {
        List<String> list1 = new ArrayList<String>();
        List<String> list2 = new ArrayList<String>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            list1.add("test"+i);
            list2.add("test"+i*2);
        }
        getDiffrent(list1,list2);
        //输出：total times 2566454675
    }

    /**
     * 获取两个List的不同元素
     * @param list1
     * @param list2
     * @return
     */
    private static List<String> getDiffrent(List<String> list1, List<String> list2) {
        long st = System.nanoTime();
        List<String> diff = new ArrayList<String>();
        for(String str:list1)
        {
            if(!list2.contains(str))
            {
                diff.add(str);
            }
        }
        System.out.println("total times "+(System.nanoTime()-st));
        return diff;
    }
}

千万不要采用这种方法，总共要循环的次数是两个List的size相乘的积，从输出看耗时也是比较长的，那么我们有没有其他的方法呢？当然有.

方法2：采用List提供的retainAll（）方法：

package com.czp.test;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class TestList {

    public static void main(String[] args) {
        List<String> list1 = new ArrayList<String>();
        List<String> list2 = new ArrayList<String>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            list1.add("test"+i);
            list2.add("test"+i*2);
        }
        getDiffrent(list1,list2);
        //输出：total times 2566454675
        getDiffrent2(list1,list2);
        //输出：getDiffrent2 total times 2787800964
    }
    
    /**
     * 获取连个List的不同元素
     * @param list1
     * @param list2
     * @return
     */
    private static List<String> getDiffrent2(List<String> list1, List<String> list2) {
        long st = System.nanoTime();
        list1.retainAll(list2);
        System.out.println("getDiffrent2 total times "+(System.nanoTime()-st));
        return list1;
    }

    /**
     * 获取两个List的不同元素
     * @param list1
     * @param list2
     * @return
     */
    private static List<String> getDiffrent(List<String> list1, List<String> list2) {
        long st = System.nanoTime();
        List<String> diff = new ArrayList<String>();
        for(String str:list1)
        {
            if(!list2.contains(str))
            {
                diff.add(str);
            }
        }
        System.out.println("getDiffrent total times "+(System.nanoTime()-st));
        return diff;
    }
}

很遗憾，这种方式虽然只要几行代码就搞定，但是这个却更耗时，查看retainAll（）的源码:

 public boolean retainAll(Collection<?> c) {
    boolean modified = false;
    Iterator<E> e = iterator();
    while (e.hasNext()) {
        if (!c.contains(e.next())) {
        e.remove();
        modified = true;
        }
    }
    return modified;
    }

无需解释这个耗时是必然的，那么我们还有没有更好的办法呢？仔细分析以上两个方法中我都做了mXn次循环，其实完全没有必要循环这么多次，我们的需求是找出两个List中的不同元素,那么我可以这样考虑：用一个map存放lsit的所有元素，其中的key为lsit1的各个元素，value为该元素出现的次数,接着把list2的所有元素也放到map里，如果已经存在则value加1，最后我们只要取出map里value为1的元素即可，这样我们只需循环m+n次，大大减少了循环的次数。

package com.czp.test;

import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;

public class TestList {

    public static void main(String[] args) {
        List<String> list1 = new ArrayList<String>();
        List<String> list2 = new ArrayList<String>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            list1.add("test"+i);
            list2.add("test"+i*2);
        }
        getDiffrent(list1,list2);
        //输出：total times 2566454675
        getDiffrent2(list1,list2);
        //输出：getDiffrent2 total times 2787800964
        getDiffrent3(list1,list2);
        //输出：getDiffrent3 total times 61763995
    }
    /**
     * 获取两个List的不同元素
     * @param list1
     * @param list2
     * @return
     */
    private static List<String> getDiffrent3(List<String> list1, List<String> list2) {
        long st = System.nanoTime();
        Map<String,Integer> map = new HashMap<String,Integer>(list1.size()+list2.size());
        List<String> diff = new ArrayList<String>();
        for (String string : list1) {
            map.put(string, 1);
        }
        for (String string : list2) {
            Integer cc = map.get(string);
            if(cc!=null)
            {
                map.put(string, ++cc);
                continue;
            }
            map.put(string, 1);
        }
        for(Map.Entry<String, Integer> entry:map.entrySet())
        {
            if(entry.getValue()==1)
            {
                diff.add(entry.getKey());
            }
        }
        System.out.println("getDiffrent3 total times "+(System.nanoTime()-st));
        return list1;
    }

    /**
     * 获取两个List的不同元素
     * @param list1
     * @param list2
     * @return
     */
    private static List<String> getDiffrent2(List<String> list1, List<String> list2) {
        long st = System.nanoTime();
        list1.retainAll(list2);
        System.out.println("getDiffrent2 total times "+(System.nanoTime()-st));
        return list1;
    }

    /**
     * 获取两个List的不同元素
     * @param list1
     * @param list2
     * @return
     */
    private static List<String> getDiffrent(List<String> list1, List<String> list2) {
        long st = System.nanoTime();
        List<String> diff = new ArrayList<String>();
        for(String str:list1)
        {
            if(!list2.contains(str))
            {
                diff.add(str);
            }
        }
        System.out.println("getDiffrent total times "+(System.nanoTime()-st));
        return diff;
    }
}

显然，这种方法大大减少耗时，是方法1的1/4，是方法2的1/40，这个性能的提升时相当可观的，但是，这不是最佳的解决方法，观察方法3我们只是随机取了一个list作为首次添加的标准，这样一旦我们的list2比list1的size大，则我们第二次put时的if判断也会耗时，做如下改进：

package com.czp.test;

import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;

public class TestList {

    public static void main(String[] args) {
        List<String> list1 = new ArrayList<String>();
        List<String> list2 = new ArrayList<String>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            list1.add("test"+i);
            list2.add("test"+i*2);
        }
        getDiffrent(list1,list2);
        getDiffrent2(list1,list2);
        getDiffrent3(list1,list2);
        getDiffrent4(list1,list2);
//        getDiffrent total times 2789492240
//        getDiffrent2 total times 3324502695
//        getDiffrent3 total times 24710682
//        getDiffrent4 total times 15627685
    }
    /**
     * 获取两个List的不同元素
     * @param list1
     * @param list2
     * @return
     */
    private static List<String> getDiffrent4(List<String> list1, List<String> list2) {
        long st = System.nanoTime();
        Map<String,Integer> map = new HashMap<String,Integer>(list1.size()+list2.size());
        List<String> diff = new ArrayList<String>();
        List<String> maxList = list1;
        List<String> minList = list2;
        if(list2.size()>list1.size())
        {
            maxList = list2;
            minList = list1;
        }
        for (String string : maxList) {
            map.put(string, 1);
        }
        for (String string : minList) {
            Integer cc = map.get(string);
            if(cc!=null)
            {
                map.put(string, ++cc);
                continue;
            }
            map.put(string, 1);
        }
        for(Map.Entry<String, Integer> entry:map.entrySet())
        {
            if(entry.getValue()==1)
            {
                diff.add(entry.getKey());
            }
        }
        System.out.println("getDiffrent4 total times "+(System.nanoTime()-st));
        return diff;
        
    }
    /**
     * 获取两个List的不同元素
     * @param list1
     * @param list2
     * @return
     */
    private static List<String> getDiffrent3(List<String> list1, List<String> list2) {
        long st = System.nanoTime();
        Map<String,Integer> map = new HashMap<String,Integer>(list1.size()+list2.size());
        List<String> diff = new ArrayList<String>();
        for (String string : list1) {
            map.put(string, 1);
        }
        for (String string : list2) {
            Integer cc = map.get(string);
            if(cc!=null)
            {
                map.put(string, ++cc);
                continue;
            }
            map.put(string, 1);
        }
        for(Map.Entry<String, Integer> entry:map.entrySet())
        {
            if(entry.getValue()==1)
            {
                diff.add(entry.getKey());
            }
        }
        System.out.println("getDiffrent3 total times "+(System.nanoTime()-st));
        return diff;
    }

    /**
     * 获取连个List的不同元素
     * @param list1
     * @param list2
     * @return
     */
    private static List<String> getDiffrent2(List<String> list1, List<String> list2) {
        long st = System.nanoTime();
        list1.retainAll(list2);
        System.out.println("getDiffrent2 total times "+(System.nanoTime()-st));
        return list1;
    }

    /**
     * 获取两个List的不同元素
     * @param list1
     * @param list2
     * @return
     */
    private static List<String> getDiffrent(List<String> list1, List<String> list2) {
        long st = System.nanoTime();
        List<String> diff = new ArrayList<String>();
        for(String str:list1)
        {
            if(!list2.contains(str))
            {
                diff.add(str);
            }
        }
        System.out.println("getDiffrent total times "+(System.nanoTime()-st));
        return diff;
    }
}

这里对连个list的大小进行了判断，小的在最后添加，这样会减少循环里的判断，性能又有了一定的提升，正如一位朋友所说，编程是无止境的，只要你认真去思考了，总会找到更好的方法！

非常感谢binglian的指正，针对List有重复元素的问题，做以下修正，首先明确一点，两个List不管有多少个重复，只要重复的元素在两个List都能找到，则不应该包含在返回值里面，所以在做第二次循环时，这样判断：如果当前元素在map中找不到，则肯定需要添加到返回值中，如果能找到则value++，遍历完之后diff里面已经包含了只在list2里而没在list2里的元素，剩下的工作就是找到list1里有list2里没有的元素，遍历map取value为1的即可：

package com.czp.test;

import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;

public class TestList {

    public static void main(String[] args) {
        List<String> list1 = new ArrayList<String>();
        List<String> list2 = new ArrayList<String>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            list1.add("test"+i);
            list2.add("test"+i*2);
        }
        getDiffrent(list1,list2);
        getDiffrent3(list1,list2);
        getDiffrent5(list1,list2);
        getDiffrent4(list1,list2);
        getDiffrent2(list1,list2);

//        getDiffrent3 total times 32271699
//        getDiffrent5 total times 12239545
//        getDiffrent4 total times 16786491
//        getDiffrent2 total times 2438731459
        
    }
    /**
     * 获取两个List的不同元素
     * @param list1
     * @param list2
     * @return
     */
    private static List<String> getDiffrent5(List<String> list1, List<String> list2) {
        long st = System.nanoTime();
         List<String> diff = new ArrayList<String>();
         List<String> maxList = list1;
         List<String> minList = list2;
         if(list2.size()>list1.size())
         {
             maxList = list2;
             minList = list1;
         }
         Map<String,Integer> map = new HashMap<String,Integer>(maxList.size());
         for (String string : maxList) {
             map.put(string, 1);
         }
         for (String string : minList) {
             if(map.get(string)!=null)
             {
                 map.put(string, 2);
                 continue;
             }
             diff.add(string);
         }
         for(Map.Entry<String, Integer> entry:map.entrySet())
         {
             if(entry.getValue()==1)
             {
                 diff.add(entry.getKey());
             }
         }
        System.out.println("getDiffrent5 total times "+(System.nanoTime()-st));
        return diff;
        
    }
    /**
     * 获取两个List的不同元素
     * @param list1
     * @param list2
     * @return
     */
    private static List<String> getDiffrent4(List<String> list1, List<String> list2) {
        long st = System.nanoTime();
        Map<String,Integer> map = new HashMap<String,Integer>(list1.size()+list2.size());
        List<String> diff = new ArrayList<String>();
        List<String> maxList = list1;
        List<String> minList = list2;
        if(list2.size()>list1.size())
        {
            maxList = list2;
            minList = list1;
        }
        for (String string : maxList) {
            map.put(string, 1);
        }
        for (String string : minList) {
            Integer cc = map.get(string);
            if(cc!=null)
            {
                map.put(string, ++cc);
                continue;
            }
            map.put(string, 1);
        }
        for(Map.Entry<String, Integer> entry:map.entrySet())
        {
            if(entry.getValue()==1)
            {
                diff.add(entry.getKey());
            }
        }
        System.out.println("getDiffrent4 total times "+(System.nanoTime()-st));
        return diff;
        
    }
    /**
     * 获取两个List的不同元素
     * @param list1
     * @param list2
     * @return
     */
    private static List<String> getDiffrent3(List<String> list1, List<String> list2) {
        long st = System.nanoTime();
        Map<String,Integer> map = new HashMap<String,Integer>(list1.size()+list2.size());
        List<String> diff = new ArrayList<String>();
        for (String string : list1) {
            map.put(string, 1);
        }
        for (String string : list2) {
            Integer cc = map.get(string);
            if(cc!=null)
            {
                map.put(string, ++cc);
                continue;
            }
            map.put(string, 1);
        }
        for(Map.Entry<String, Integer> entry:map.entrySet())
        {
            if(entry.getValue()==1)
            {
                diff.add(entry.getKey());
            }
        }
        System.out.println("getDiffrent3 total times "+(System.nanoTime()-st));
        return diff;
    }

    /**
     * 获取连个List的不同元素
     * @param list1
     * @param list2
     * @return
     */
    private static List<String> getDiffrent2(List<String> list1, List<String> list2) {
        long st = System.nanoTime();
        list1.retainAll(list2);
        System.out.println("getDiffrent2 total times "+(System.nanoTime()-st));
        return list1;
    }

    /**
     * 获取两个List的不同元素
     * @param list1
     * @param list2
     * @return
     */
    private static List<String> getDiffrent(List<String> list1, List<String> list2) {
        long st = System.nanoTime();
        List<String> diff = new ArrayList<String>();
        for(String str:list1)
        {
            if(!list2.contains(str))
            {
                diff.add(str);
            }
        }
        System.out.println("getDiffrent total times "+(System.nanoTime()-st));
        return diff;
    }
}

以下是完整的代码:

 1 package com.czp.util;
 2 
 3 import java.util.Collection;
 4 import java.util.HashMap;
 5 import java.util.HashSet;
 6 import java.util.LinkedList;
 7 import java.util.Map;
 8 
 9 /**
10  * 该类提供对集合类的高效操作
11  * @author Czp
12  *
13  */
14 
15 public class CollectionUtil {
16 
17     /**
18      * 不允许实例化
19      */
20     private CollectionUtil() {
21     }
22     
23     /**
24      *  获取两个集合的不同元素
25      * @param collmax
26      * @param collmin
27      * @return
28      */
29     @SuppressWarnings({ "rawtypes", "unchecked" })
30     public static Collection getDiffent(Collection collmax,Collection collmin)
31     {
32         //使用LinkeList防止差异过大时,元素拷贝
33         Collection csReturn = new LinkedList();
34         Collection max = collmax;
35         Collection min = collmin;
36         //先比较大小,这样会减少后续map的if判断次数
37         if(collmax.size()<collmin.size())
38         {
39             max = collmin;
40             min = collmax;
41         }
42         //直接指定大小,防止再散列
43         Map<Object,Integer> map = new HashMap<Object,Integer>(max.size());
44         for (Object object : max) {
45             map.put(object, 1);
46         }
47         for (Object object : min) {
48             if(map.get(object)==null)
49             {
50                 csReturn.add(object);
51             }else{
52                 map.put(object, 2);
53             }
54         }
55         for (Map.Entry<Object, Integer> entry : map.entrySet()) {
56             if(entry.getValue()==1)
57             {
58                 csReturn.add(entry.getKey());
59             }
60         }
61         return csReturn;
62     }
63     /**
64      *  获取两个集合的不同元素,去除重复
65      * @param collmax
66      * @param collmin
67      * @return
68      */
69     @SuppressWarnings({ "rawtypes", "unchecked" })
70     public static Collection getDiffentNoDuplicate (Collection collmax,Collection collmin)
71     {
72         return new HashSet(getDiffent(collmax, collmin));
73     }
74 }

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