实现Java集合迭代的高性能

2018.7.14

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一、介绍

Java开发者经常会遇到处理集合（比如ArrayList、HashSet）的情况，Java 8也提供了Lambda表达式和Streaming API来简化集合相关的工作。在大多数应用场景下，无需考虑集合迭代的性能消耗。但是，在一些极端情况下，比如集合包含了上百万条记录的情况，这个时候集合迭代就需要选择正确的姿势，否则性能会较差。

使用JMH检查下面每段代码片段的运行时间。

二、forEach vs. C Style vs. Stream API

迭代是一个非常基本的功能，所有的编程语言都有简单的迭代语法，允许程序员在集合上运行迭代。Stream API可以通过Collections用非常直接的方式进行迭代。

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

使用forEach循环也非常简单：

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

C style方式的迭代其代码要冗长一些，但仍然非常紧凑：

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

以上代码的性能评分如下：

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

对于C style方式的迭代，JVM只是简单地增加了一个整型变量，它直接从内存读值。这使它非常快。但forEach迭代则不同，根据Oracle官方文档，JVM必须把forEach转换为迭代器并为每个数据项调用hasNext()。这就是为什么forEach比C style