在工作中,经常性的会出现在两张表中查找相同ID的数据,许多开发者会使用两层for循环嵌套,虽然实现功能没有问题,但是效率极低,一下是一个简单的优化过程,代码耗时凑从26856ms优化到了748ms。
功能场景
有两份List类型的数据,分别是UestList(用户表)和AccountList(账户表),要根据用户的id从AccountList表中查找对应的账户信息,并进行后续的处理,示例如下:
存数据(伪代码):5w条user数据,3w条Account数据
java
@Data
class User{
private Long userId;
private String name;
}
@Data
class Account{
private Long userId;
private String content;
}
public class NestedLoopOptimization{
public static List<User> getUserList(){
List<User> users =new ArrayList<>();
for(inti =1; i <=50000; i++) {
User user =newUser();
user.setName(UUID.randomUUID().toString());
user.setUserId((long) i);
users.add(user);
}
return users;
}
public static List<UserMemo> getAccountTestList(){
List<Account> accountList =newArrayList<>();
for(inti =30000; i >=1; i--) {
Account account =new Account();
account.setContent(UUID.randomUUID().toString());
account.setUserId((long) i);
accountList.add(account);
}
return accountList;
}
// ... 后续代码
最直接的实现方式(未优化的代码):
java
public static void nestedLoop(List<User> usersList, List<UserMemo> accountList) {
for (User user : usersList) {
Long userId = user.getUserId();
for (Account account : accountList) {
if (userId.equals(account.getUserId())) {
String content = account.getContent();
// System.out.println("模拟数据content 业务处理......" + content); // 避免打印影响测试结果
}
}
}
}
耗时:约数万毫秒,效率很低,数据量小的话无关紧要,如果随着系统的迭代数据量骤增的时候,就会极其耗时。
第一步优化:添加break
每个userId在AccountList中只有一条对应的数据,所以找到匹配项之后就可以跳出内循环:
java
public static void nestedLoop(List<User> usersList, List<UserMemo> accountList) {
for (User user : usersList) {
Long userId = user.getUserId();
for (Account account : accountList) {
if (userId.equals(account.getUserId())) {
String content = account.getContent();
// System.out.println("模拟数据content 业务处理......" + content); // 避免打印影响测试结果
break;
}
}
}
}
第一步优化结束之后任需要很多耗时,但是比起嵌套循环好很多。
第二步优化:使用Map优化
java
public static void mapOptimizedLoop(List<User> userTestList, List<UserMemo> accountList) {
Map<Long, String> contentMap = accountList.stream().collect(Collectors.toMap(UserMemo::getUserId, UserMemo::getContent));
for (User user : userTestList) {
Long userId = user.getUserId();
String content = contentMap.get(userId);
if (StringUtils.hasLength(content)) {
// System.out.println("模拟数据content 业务处理......" + content); // 避免打印影响测试结果
}
}
}
做以上优化之后,耗时显著减少,通常在数百毫秒级别。
原理:
两层 for 循环嵌套的时间复杂度为 O(n*m),其中 n 和 m 分别为两个列表的长度。使用 Map 后,get 操作的时间复杂度接近 O(1),整体时间复杂度降为 O(n+m),避免了内循环的重复遍历。HashMap 的 get 方法内部使用了 getNode 方法来查找键值对。getNode 方法利用哈希表结构,快速定位到目标键值对。虽然在极端情况下(所有键的哈希值都相同),getNode 的时间复杂度会退化为 O(n),但在实际应用中,哈希冲突的概率很低,HashMap 的 get 操作效率通常很高。因此无需过于担心 O(n) 的最坏情况。
通过以上优化之后,可以显著的提高代码的执行效率,已经其健壮性,尤其是在处理大数据量的时候,使用Map优化,可以带来巨大的性能提升,避免了不必要的计算,从而实现了代码的性能。