高效遍历Java容器

通过本文，你可以更深入的学习 Java 语言中 forEach 语法的知识，以及它和 C 语言形式的 for 循环、 Steam API 的比照。

简介

Java 程序员经常使用容器，比方 ArrayList 和 HashSet。Java 8 中的 lambda 语法和 steaming API 可以让我们更方便的使用容器。

大部分情况下，我们仅仅解决几千个元素，也不会去考虑性能问题。但是，在少量极端场景下，假如我们需要遍历上百万个元素，性能问题就凸显出来了。

本文将采用 JMH 计算每块代码的运行时间。

forEach vs. C Style vs. Stream API

遍历是一个基本的功能。所有编程语言都提供了简单的语法，让程序员去遍历容器。Steam API 以一种非常直接的形式来遍历容器。

public List<Integer> streamSingleThread(BenchMarkState state){    List<Integer> result = new ArrayList<>(state.testData.size());    state.testData.stream().forEach(item -> {        result.add(item);    });    return result;}public List<Integer> streamMultiThread(BenchMarkState state){    List<Integer> result = new ArrayList<>(state.testData.size());    state.testData.stream().parallel().forEach(item -> {        result.add(item);    });    return result;}

forEach 循环也很简单：

public List<Integer> forEach(BenchMarkState state){  List<Integer> result = new ArrayList<>(state.testData.size());  for(Integer item : state.testData){    result.add(item);  }  return result;}

C 语言形式的 for 循环啰嗦少量，不过仍然很紧凑：

public List<Integer> forCStyle(BenchMarkState state){  int size = state.testData.size();  List<Integer> result = new ArrayList<>(size);  for(int j = 0; j < size; j ++){    result.add(state.testData.get(j));  }  return result;}

以下是性能报告：

Benchmark                               Mode  Cnt   Score   Error  UnitsTestLoopPerformance.forCStyle           avgt  200  18.068 ± 0.074  ms/opTestLoopPerformance.forEach             avgt  200  30.566 ± 0.165  ms/opTestLoopPerformance.streamMultiThread   avgt  200  79.433 ± 0.747  ms/opTestLoopPerformance.streamSingleThread  avgt  200  37.779 ± 0.485  ms/op

使用 C 语言形式的 for 循环，JVM 每次仅仅添加一个数字，而后直接从内存里读出数据。这使得它非常迅速。但是 forEach 就大不一样，根据 StackOverFlow 的这篇答复，和 Oracle 的文章，JVM 需要把 forEach 转换成一个 iterator，而后每个元素都调用一次 hasNext() 方法。这就是 forEach 比 C 语言的形式慢少量的起因。

哪一个是遍历 Set 最高效的方法呢？

我们先定义测试数据集：

@State(Scope.Benchmark)public static class BenchMarkState {    @Setup(Level.Trial)    public void doSetup() {        for(int i = 0; i < 500000; i++){            testData.add(Integer.valueOf(i));        }    }    @TearDown(Level.Trial)    public void doTearDown() {        testData = new HashSet<>(500000);    }    public Set<Integer> testData = new HashSet<>(500000);}

Java 中的 Set 也支持 Steam API 和 forEach 循环。参考之前的测试，假如我们把 Set 转换成 ArrayList，而后遍历 ArrayList，或者许性能会好少量？

public List<Integer> forCStyle(BenchMarkState state){    int size = state.testData.size();    List<Integer> result = new ArrayList<>(size);    Integer[] temp = (Integer[]) state.testData.toArray(new Integer[size]);    for(int j = 0; j < size; j ++){        result.add(temp[j]);    }    return result;}

假如把 iterator 和 C 语言形式结合起来呢？

public List<Integer> forCStyleWithIteration(BenchMarkState state){    int size = state.testData.size();    List<Integer> result = new ArrayList<>(size);    Iterator<Integer> iteration = state.testData.iterator();        for(int j = 0; j < size; j ++){            result.add(iteration.next());        }    return result;}

或者者，简单的遍历怎样样？

public List<Integer> forEach(BenchMarkState state){    List<Integer> result = new ArrayList<>(state.testData.size());    for(Integer item : state.testData) {        result.add(item);    }    return result;}

这个主意不错，不过它的效率也不高，由于初始化一个新的 ArrayList 同样需要消耗资源。

Benchmark                                   Mode  Cnt  Score   Error  UnitsTestLoopPerformance.forCStyle               avgt  200  6.013 ± 0.108  ms/opTestLoopPerformance.forCStyleWithIteration  avgt  200  4.281 ± 0.049  ms/opTestLoopPerformance.forEach                 avgt  200  4.498 ± 0.026  ms/op

HashMap (使用 HashMap<E,Object> 的 HashSet) 不是为遍历所有元素设计的。遍历一个 HashMap 最快的方法是把 Iterator 和 C 语言形式结合起来，这样 JVM 就不会去调用 hasNext()。

结论

Foreach 和 Steam API 用来解决集合是很方便的。你可以更快的写代码。不过，假如你的系统很稳固，性能是一个主要的考量，你应该考虑一下重写你的循环。

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原文链接： [dzone] 翻译： [ImportNew.com ]
译文链接： [http://www.importnew.com/29465.html]