高效遍歷Java容器
Java 程式設計師經常使用容器，比如 ArrayList 和 HashSet。Java 8 中的 lambda 語法和 steaming API 可以讓我們更方便的使用容器。大部分情況下，我們僅僅處理幾千個元素，也不會去考慮效能問題。但是，在一些極端場景下，如果我們需要遍歷上百萬個元素，效能問題就凸顯出來了。
本文將採用 JMH 計算每塊程式碼的執行時間。
forEach vs. C Style vs. Stream API
遍歷是一個基本的功能。所有程式語言都提供了簡單的語法，讓程式設計師去遍歷容器。Steam API 以一種非常直接的形式來遍歷容器。
publicList streamSingleThread(BenchMarkState state){
List result =newArrayList<>(state.testData.size());
state.testData.stream().forEach(item -> {
result.add(item);
});
returnresult;
}
publicList streamMultiThread(BenchMarkState state){
List result =newArrayList<>(state.testData.size());
state.testData.stream().parallel().forEach(item -> {
result.add(item);
});
returnresult;
}
forEach 迴圈也很簡單：
publicListforEach(BenchMarkState state){
List result =newArrayList<>(state.testData.size());
for(Integer item : state.testData){
result.add(item);
}
returnresult;
}
C 語言形式的 for 迴圈囉嗦一些，不過依然很緊湊：
publicListforCStyle(BenchMarkState state){
intsize = state.testData.size();
List result =newArrayList<>(size);
for(intj =0; j < size; j ++){
result.add(state.testData.get(j));
}
returnresult;
}
以下是效能報告：
Benchmark Mode Cnt Score Error Units
TestLoopPerformance.forCStyle avgt20018.068±0.074ms/op
TestLoopPerformance.forEach avgt20030.566±0.165ms/op
TestLoopPerformance.streamMultiThread avgt20079.433±0.747ms/op
TestLoopPerformance.streamSingleThread avgt20037.779±0.485ms/op
使用 C 語言形式的 for 迴圈，JVM 每次僅僅增加一個數字，然後直接從記憶體裡讀出資料。這使得它非常迅速。但是 forEach 就大不一樣，根據 StackOverFlow 的這篇回答
（https://stackoverflow.com/questions/85190/how-does-the-java-for-each-loop-work/85206#85206），
和 Oracle 的文章
（https://docs.oracle.com/javase/1.5.0/docs/guide/language/foreach.html），
JVM 需要把 forEach 轉換成一個 iterator，然後每個元素都呼叫一次 hasNext() 方法。這就是 forEach 比 C 語言的形式慢一些的原因。
哪一個是遍歷 Set 最高效的方法呢？
我們先定義測試資料集：
@State(Scope.Benchmark)
publicstaticclassBenchMarkState{
@Setup(Level.Trial)
publicvoiddoSetup(){
for(inti =0; i <500000; i++){
testData.add(Integer.valueOf(i));
}
}
@TearDown(Level.Trial)
publicvoiddoTearDown(){
testData =newHashSet<>(500000);
}
publicSet testData =newHashSet<>(500000);
}
Java 中的 Set 也支援 Steam API 和 forEach 迴圈。參考之前的測試，如果我們把 Set 轉換成 ArrayList，然後遍歷 ArrayList，或許效能會好一些？
publicListforCStyle(BenchMarkState state){
intsize = state.testData.size();
List result =newArrayList<>(size);
Integer[] temp = (Integer[]) state.testData.toArray(newInteger[size]);
for(intj =0; j < size; j ++){
result.add(temp[j]);
}
returnresult;
}
如果把 iterator 和 C 語言形式結合起來呢？
publicListforCStyleWithIteration(BenchMarkState state){
intsize = state.testData.size();
List result =newArrayList<>(size);
Iterator iteration = state.testData.iterator();
for(intj =0; j < size; j ++){
result.add(iteration.next());
}
returnresult;
}
或者，簡單的遍歷怎麼樣？
publicListforEach(BenchMarkState state){
List result =newArrayList<>(state.testData.size());
for(Integer item : state.testData) {
result.add(item);
}
returnresult;
}
這個主意不錯，不過它的效率也不高，因為初始化一個新的 ArrayList 同樣需要消耗資源。
Benchmark Mode Cnt Score Error Units
TestLoopPerformance.forCStyle avgt2006.013±0.108ms/op
TestLoopPerformance.forCStyleWithIteration avgt2004.281±0.049ms/op
TestLoopPerformance.forEach avgt2004.498±0.026ms/op
HashMap (使用 HashMap 的 HashSet) 不是為遍歷所有元素設計的。遍歷一個 HashMap 最快的方法是把 Iterator 和 C 語言形式結合起來，這樣 JVM 就不會去呼叫 hasNext()。
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