集合遍历方式的总结

一、遍历集合的方式

1、普通for循环

实现原理： 在集合外部维护一个计数器，然后依次读取每一个位置的元素，当读取到最后一个元素后，停止。按元素的位置来读取元素;

for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
}

2、增强for循环

实现原理：根据反编译的字节码可以发现，foreach内部也是采用了Iterator的方式实现，只不过Java编译器帮我们生成了这些代码;

for (Integer integer : list) {
}

3、迭代器遍历

实现原理：相比于普通for循环，Iterator取缔了显式的遍历计数器。基于顺序存储集合的Iterator可以直接按位置访问数据;基于链式存储集合的Iterator，需要保存当前遍历的位置，然后根据当前位置来向前或者向后移动指针;

啥是迭代器？集合顶级接口Collection继承Iterable,在Iterable接口中存在一个内部接口Iterator，在每个集合的子类中都实现了接口Iterator中的方法;

基本方法为:
hasNext()   //是否存在下一个对象
next()      //下一个对象
remove()    //移除对象
forEachRemaining()   //遍历 

对于List接口下的实现类可以获得一种独特的迭代器对象ListIterator
public interface ListIterator<E> extends Iterator<E> 
    
ListIterator 继承 Iterator
1） add(E e)  将指定的元素插入列表，插入位置为迭代器当前位置之前
2） set(E e)  迭代器返回的最后一个元素替换参数e
3） hasPrevious()  迭代器当前位置，反向遍历集合是否含有元素
4） previous()  迭代器当前位置，反向遍历集合，下一个元素
5） previousIndex()  迭代器当前位置，反向遍历集合，返回下一个元素的下标
6） nextIndex()  迭代器当前位置，返回下一个元素的下标
区别：
Iterator可以迭代所有集合；ListIterator 只能用于List及其子类；
ListIterator 有 add()方法，可以向 List 中添加对象;Iterator 不能;
ListIterator 有 set()方法，可以实现对 List 的修改;Iterator 仅能遍历，不能修改; 
ListIterator 有 hasPrevious() 和 previous() 方法，可以实现逆向遍历;Iterator不可以;
ListIterator 有 nextIndex() 和previousIndex() 方法，可定位当前索引的位置;Iterator不可以;  

注意：使用增强for循环遍历 最终都会转换成迭代器遍历
Iterator<Integer> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()){
    iterator.next();
}

//使用Iterator的字节码：
    Code:
       0: new           #16       // class java/util/ArrayList
       3: dup
       4: invokespecial #18        // Method java/util/ArrayList."<init>":()V
       7: astore_1
       8: aload_1
       9: invokeinterface #19,  1  // InterfaceMethod java/util/List.iterator:()Ljava/util/Iterator;
      14: astore_2
      15: goto          25
      18: aload_2
      19: invokeinterface #25,  1   // InterfaceMethod java/util/Iterator.next:()Ljava/lang/Object;
      24: pop
      25: aload_2
      26: invokeinterface #31,  1  // InterfaceMethod java/util/Iterator.hasNext:()Z
      31: ifne          18
      34: return
//使用foreach的字节码：
    Code:
       0: new           #16       // class java/util/ArrayList
       3: dup
       4: invokespecial #18       // Method java/util/ArrayList."<init>":()V
       7: astore_1
       8: aload_1
       9: invokeinterface #19,  1  // InterfaceMethod java/util/List.iterator()Ljava/util/Iterator;
      14: astore_3
      15: goto          28
      18: aload_3
      19: invokeinterface #25,  1  // InterfaceMethod java/util/Iterator.next:()Ljava/lang/Object;
      24: checkcast     #31        // class loop/Model
      27: astore_2
      28: aload_3
      29: invokeinterface #33,  1  // InterfaceMethod java/util/Iterator.hasNext:()Z
      34: ifne          18
      37: return

4、数据存储的方式

数据存储主要分为二种方式，同时也因为存储方式的不同导致在遍历的时候会有性能上的区别;

顺序存储：相邻的数据元素存放于相邻的内存地址中,整块内存地址是连续的,可以根据元素的位置直接计算出内存地址,直接进行读取。读取一个特定位置元素的平均时间复杂度为O(1),正常来说,只有基于数组实现的集合,才有这种特性;

链式存储：每一个数据元素在内存中都不要求处于相邻的位置，每个数据元素包含它上/下一个元素的内存地址。不可以根据元素的位置直接计算出内存地址，只能按顺序读取元素。读取一个特定位置元素的平均时间复杂度为O(n)，主要以链表为代表;

二、List集合的遍历

在单列集合中，主要是探讨ArrayList与LinkedList的遍历方式，由实现数据结构可知，ArrayList底层是由数组实现，可以通过索引快速的获取到元素，同时ArrayList实现了RandomAccess接口，关于官网对这个接口的定义是：RandomAccess 是一个标志接口，表明实现这个这个接口的 List 集合是支持快速随机访问的。也就是说，实现了这个接口的集合是支持快速随机访问策略的，同时还特别声明，如果同时实现List接口，使用for循环会优于使用迭代器获取数据；

注意：不要在 foreach 循环里进行元素的 remove/add 操作，会引发并发修改异常java.util.ConcurrentModificationException;    

ArrayList底层数据结构是由数组实现，在存储方式上属于顺序存储，在源码中实现查找也是根据索引查找对应的元素;

LinkedList底层数据结构是由链表实现，每次在使用索引去获得对象的时候，底层会先组判断由链表的哪一头开始整个链路会比较短；但是对于这种链式存储方式，因为Iterator内部维护了当前遍历的位置，所以每次遍历，读取下一个位置并不需要从集合的第一个元素开始查找，只要把指针向后移一位就行了，这样一来，遍历整个集合的时间复杂度就降低为O(n);

三、Map集合的遍历方式

在遍历Map的时候，知道Map中有提供方法，可以获取集合的所有key、所有的键值对对象Map<K，V>，当然也有提供迭代器遍历的方式;

//获取所有的Key
Set<Integer> keySet = map.keySet();
Iterator<Integer> iterator = map.keySet().iterator();

//获取所有的Entry<K, V>
Set<Map.Entry<Integer, String>> entrySet = map.entrySet();
Iterator<Map.Entry<Integer, String>> entrySetIterator = entrySet.iterator();

//同时获得key、vaule
for (Map.Entry<Integer, String> entry : map.entrySet()) {
    entry.getKey();
    entry.getKey();
}

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