### 集合元素在內存如何存放 數據元素在內存中，主要有2種存儲方式： 1、順序存儲，Random Access（或直接存儲，Direct Access）： 這種方式，相鄰的數據元素存放于相鄰的內存地址中，整塊內存地址是連續的。可以根據元素的位置直接計算出內存地址，直接進行讀取。讀取一個特定位置元素的平均時間復雜度為O(1)。這種數據結構插入和刪除時比較麻煩，查詢比較方便。正常來說，只有基于數組實現的集合，才有這種特性。Java中以ArrayList為代表； 2、鏈式存儲，Sequential Access： 這種方式是將數據元素放在獨立的空間中，在內存中每個元素的內存地址都不要求是相鄰的。所以每個元素中需要保存下一個元素的索引，即下一個元素的內存地址。所以這種數據結構插入和刪除比較方便，但是查找很麻煩，要從第一個開始遍歷，因為它無法根據元素的位置直接計算出內存地址，只能按順序讀取元素。讀取一個特定位置元素的平均時間復雜度為O(n)。主要以鏈表為代表。Java中以LinkedList為代表； ### Java集合遍歷方式 1）傳統的for循環遍歷基于計數器 遍歷者自己在集合外部維護一個計數器，然后依次讀取每一個位置的元素，直到讀取到最后一個元素后。主要就是需要按元素的位置來讀取元素，適合于遍歷順序存儲的數據結構； ``` for (int i = 0; i < list.size(); i++) { list.get(i); } ``` 2）迭代器遍歷Iterator Iterator本來是OO的一個設計模式，主要目的就是屏蔽不同數據集合的特點，統一遍歷集合的接口。從結構上可以看出，迭代器模式在客戶與容器之間加入了迭代器角色。迭代器角色的加入，就可以很好的避免容器內部細節的暴露，而且也使得設計符號“單一職責原則”； 每一個具體實現的數據集合，一般都需要提供相應的Iterator。相比于傳統for循環，Iterator取代了顯式的遍歷計數器。所以基于順序存儲集合的Iterator可以直接按位置訪問數據。而基于鏈式存儲集合的Iterator，正常的實現都是需要保存當前遍歷的位置，然后根據當前位置來向前或者向后移動指針 迭代器模式的寫法如下： ``` Iterator iterator = list.iterator(); while (iterator.hasNext()) { iterator.next(); } ``` 3）foreach循環遍歷 foreach內部也是采用了Iterator的方式實現，根據反編譯的字節碼可以發現，foreach內部也是采用了Iterator的方式實現，只不過Java編譯器幫我們生成了這些代碼 優點：代碼簡潔，不易出錯 缺點：只能做簡單的遍歷，不能在遍歷過程中操作（刪除、替換）數據集合 ``` for (ElementType element : list) { } ``` ### 遍歷性能 1）傳統的for循環遍歷基于計數器 ArrayList按位置讀取的代碼：直接按元素位置讀取 ``` public E get(int index) { rangeCheck(index); return elementData(index); } E elementData(int index) { return (E) elementData[index]; } ``` LinkedList按位置讀取的代碼：如果index小于容量的一半，則從頭開始查找，否則從尾部開始查找 ``` public E get(int index) { checkElementIndex(index); return node(index).item; } Node<E> node(int index) { // assert isElementIndex(index); if (index < (size >> 1)) { Node<E> x = first; for (int i = 0; i < index; i++) x = x.next; return x; } else { Node<E> x = last; for (int i = size - 1; i > index; i--) x = x.prev; return x; } } ``` 2）迭代器遍歷Iterator 對于RandomAccess類型的集合來說，如ArrayList迭代器遍歷反而因為一些額外的操作，還會增加額外的運行時間； 對于Sequential Access的集合來說，因為Iterator內部維護了當前遍歷的位置，所以每次遍歷，讀取下一個位置并不需要從集合的第一個元素開始查找，只要把指針向后移一位就行了，這樣一來遍歷整個集合的時間復雜度就降低為O(n)；以LinkedList的迭代器為例，其內部實現，就是維護當前遍歷的位置，然后操作指針移動就可以了 3）foreach循環遍歷 分析Java字節碼可知，foreach內部實現原理是通過Iterator實現的，只不過這個Iterator是Java編譯器幫我們生成的，所以我們不需要再手動去編寫。但是因為每次都要做類型轉換檢查，所以花費的時間比Iterator略長，而時間復雜度和Iterator是一樣 ### 使用場景 1）傳統的for循環遍歷基于計數器 適用于遍歷順序存儲集合，讀取性能比較高如ArrayList；不適用于遍歷鏈式存儲的集合如LinkedList，時間復雜度太大； 2）迭代器遍歷Iterator 對于順序存儲的數據結構，如果不是太在意時間，推薦選擇此方式，畢竟代碼更加簡潔，也防止了Off-By-One的問題。 鏈式存儲：推薦此種遍歷方式，平均時間復雜度降為O(n) 3）foreach循環遍歷 foreach讓代碼更加簡潔，缺點就是遍歷過程中不能操作數據集合（刪除等），所以有些場合不使用。而且它本身就是基于Iterator實現的，但是由于類型轉換的問題，所以會比直接使用Iterator慢一點，性能上相差不大