Java循环中的For和For-each应用对比分析

for-each实现方法

For-each不是一种新语法，而是Java的语法糖。在编译时，编译器将此代码转换为迭代器实现，并将其编译为字节码。我们可以通过执行命令javap-verbose-Testforeach反编译以下编译代码：

public class TestForeach {
    List integers;
    public void testForeach(){
        for(Integer i : integers){

        }
    }
}

获得的详细字节码如下：

public void testForeach();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=3, args_size=1
         0: aload_0
         1: getfield      #2                  // Field integers:Ljava/util/List;
         4: invokeinterface #3,  1            // InterfaceMethod java/util/List.iterator:()Ljava/util/Iterator;
         9: astore_1
        10: aload_1
        11: invokeinterface #4,  1            // InterfaceMethod java/util/Iterator.hasNext:()Z
        16: ifeq          32
        19: aload_1
        20: invokeinterface #5,  1            // InterfaceMethod java/util/Iterator.next:()Ljava/lang/Object;
        25: checkcast     #6                  // class java/lang/Integer
        28: astore_2
        29: goto          10
        32: return
      LineNumberTable:
        line 11: 0
        line 13: 29
        line 14: 32
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
           29       0     2     i   Ljava/lang/Integer;
            0      33     0  this   Ltest/TestForeach;
}

此字节码的一般含义是使用getfileld命令来获取integers变量并且调用List.iterator来获取迭代器实例和调用iterator.hasNext。如果返回true，调用iterator.next方法。

请看，这是迭代器遍历集合的实现逻辑。

基准测试

现在让我们使用for循环方法和for-each方法进行测试。

public class ForLoopTest {

    public static void main(String[] args) {
        List arrayList = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
            arrayList.add(i);
        }

        long arrayListStartTime = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < arrayList.size(); i++) {
            arrayList.get(i);
        }

        long arrayListCost =System.currentTimeMillis()-arrayListStartTime;
        System.out.println("ArrayList for loop traversal cost: "+ arrayListCost);

        long arrayListForeachStartTime = System.currentTimeMillis();
        for (Integer integer : arrayList) {

        }

        long arrayListForeachCost =System.currentTimeMillis()-arrayListForeachStartTime;
        System.out.println("ArrayList foreach traversal cost: "+ arrayListForeachCost);

这是测试结果:

如你所见，结果是显而易见的。对于ArrayList，使用For循环方法的性能优于For each方法。

我们可以说for循环比for-each好吗？

答案是否定的。在下一个基准测试中，我们将ArrayList更改为LinkedList。
同样，这里是测试结果。

原因分析

一些初学者可能想知道为什么ArrayList使用for循环方法遍历得更快，而LinkedList则更慢，速度也非常慢？

这由ArrayList和LinkedList数据结构决定。
ArrayList底层使用数组存储元素。数组是连续的内存空间。数据可以通过索引获得。时间复杂度为O（1），因此速度很快。

LinkedList的底层是一个双向链表。使用for循环实现遍历，每次都需要从链表的头节点开始。时间复杂度为O（n*n）。

结论

• 使用ArrayList时，for循环方法更快，因为for-each由迭代器实现，并且需要执行并发修改验证。

• 使用LinkedList时，for-each比for循环快得多，因为LinkedList是通过使用双向链表实现的。每个寻址都需要从头节点开始。如果我们需要遍历LinkedList，我们需要避免使用for循环。

• 使用迭代器模式，for-each不需要关心集合的具体实现。如果需要替换集合，无需修改代码即可轻松替换。