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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:publicclassTestForeach{Listintegers;publicvoidtestForeach(){for(Integeri:integers){}}}获得的详细字节码如下:publicvoidtestForeach();descriptor:()Vflags

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    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:

    Java循环中的For和For-each应用对比分析

    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。

    Java循环中的For和For-each应用对比分析

    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。

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