为什么在Java中list.size()>0比list.isEmpty()慢？

Question

为什么在Java中，list.size()>0的速度比list.isEmpty()慢？换句话说，为什么isEmpty()优于size()>0？

当我查看ArrayList的实现时，它看起来速度应该是一样的： ArrayList.size()

    /**
     * Returns the number of elements in this list.
     *
     * @return the number of elements in this list
     */
    public int size() {
      return size;
    }

ArrayList.isEmpty()

：检查ArrayList是否为空。

    /**
     * Returns <tt>true</tt> if this list contains no elements.
     *
     * @return <tt>true</tt> if this list contains no elements
     */
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
     }

如果我们编写一个简单的程序来获取两种方法所需的时间，那么在所有情况下，size()方法都需要比isEmpty()方法花费更多的时间。为什么会这样呢？

以下是我的测试代码：

import java.util.List;
import java.util.Vector;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List l=new Vector();
        int i=0;
        for(i=0;i<10000;i++){
            l.add(new Integer(i).toString());
        }
        System.out.println(i);
        Long sTime=System.nanoTime();
        l.size();
        Long eTime=System.nanoTime();
        l.isEmpty();
        Long eeTime=System.nanoTime();
        System.out.println(eTime-sTime);
        System.out.println(eeTime-eTime);
    }
}

所有情况下都有 eTime-sTime>eeTime-eTime。为什么？

- Ashish Agarwal

Answer 1

对于 ArrayList，你说得对——大致上操作时间是相同的。

对于其他实现的List——例如一个简单的链表*——计算大小可能需要很长时间，而你实际上只关心它是否大于零。

所以，如果你绝对确定列表是ArrayList的实现，并且永远不会更改，那么这并不重要；但是：

1. 将自己约束于特定的实现是不好的编程习惯。
2. 如果在几年后代码重构时发生变化，测试将显示“它可以工作”，但效率低于之前。
3. 即使在最好的情况下，size() == 0也不比isEmpty()更快，因此没有令人信服的理由使用前者。
4. isEmpty()更清晰地定义了您实际关心和测试的内容，因此使您的代码更易于理解一些。

* 我最初在这里写了LinkedList，隐含地引用了java.util.LinkedList，尽管该特定实现明确存储其大小，使size()成为O(1)操作。简单的链表操作可能不会这样做，在更一般的意义上，List的实现没有效率保证。

- Andrzej Doyle

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“LinkedList”（又名“java.util.LinkedList”）也会存储其大小，因此调用“size（）”方法与“ArrayList”一样快，但总的来说，这个观点仍然非常正确。 - Joachim Sauer

@dtszzs：运行时间不一样，这就是我测试的结果，让我感到不舒服。 - Ashish Agarwal

你是@Sam Rudolph，对于测试方法，有很多方法会导致微基准测试出现错误。 - Joachim Sauer

@Joachim - 是的，关于 java.util.LinkedList 的观点很好，我已经进行了修改，让那部分更加清晰明了。 - Andrzej Doyle

Answer 2

你的测试代码有缺陷。

只需反转顺序，即先调用isEmpty，再调用size > 0，就会得到相反的结果。这是由于类加载、缓存等原因造成的。

- JRL

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@JLR：是的，我接受你的观点。在两个不同的项目中测试了这两种方法，结果非常相似。感谢你解决我的疑惑。 - Ashish Agarwal

Answer 3

抱歉，但是您的基准测试存在缺陷。请参阅Java理论与实践：有缺陷微基准分析以了解如何处理基准测试的一般描述。

---

更新：对于一个正确的基准测试，您应该查看JApex。

- Robert Munteanu

Answer 4

.size()需要查看整个列表，而.isEmpty()可以在第一个元素处停止。

显然，这取决于实现方式，但是正如之前所说的，如果您不需要知道实际大小，为什么要计算所有元素呢？

- sicotron

Answer 5

你说：

在所有情况下，为什么都是 eTime-sTime>eeTime-eTime？

首先，这可能与你的测试代码有关。你不能同时测试调用 l.size() 和 l.isEmpty() 的速度，因为它们都查询相同的值。最有可能的情况是，调用 l.size() 已经将列表的大小加载到了 CPU 缓存中，因此调用 l.isEmpty() 会更快。

你可以尝试在两个独立的程序中分别调用 l.size() 几百万次和 l.isEmpty() 几百万次，但理论上编译器可能会优化掉所有这些调用，因为你实际上并没有对结果做任何事情。

无论如何，这两者之间的性能差异将是微不足道的，特别是一旦你进行比较以查看列表是否为空（l.size() == 0）。最有可能生成的代码几乎完全相似。正如其他帖子中提到的，你应该优化可读性，而不是速度。

编辑：我自己测试过了。结果几乎相同。在 Vector 上使用 size() 和 isEmpty() 产生了不同的结果，长时间运行时，两者都没有持续胜出。当在 ArrayList 上运行时，size() 看起来更快，但差别不大。这很可能是因为访问 Vector 是同步的，所以当尝试对这些方法的访问进行基准测试时，你实际上看到的是同步开销，这可能非常敏感。

需要记住的是，当你试图优化一个方法调用的执行时间差几个纳秒时，那么你做错了。首先要做好基础工作，例如在应该使用 long 的地方使用 Long。

- wds

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没有，实际上我在两个不同的程序中运行了这两种情况，只是为了消除疑虑，结果是一样的。size()方法的运行时间比isEmpty()方法长10倍。 - Ashish Agarwal

Answer 6

在链表中计算项数可能会非常慢。

- Stephen Denne

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@spdenme：但它没有计数，只是返回一个值？ - Ashish Agarwal

在你的例子中，你有一个 ArrayList。 - Brian Agnew

List是一个接口。它的实现方式会影响这两种方法的相对性能。由于size()是一个经常被调用的方法，大多数实现决定维护一个size字段的成本是值得的。 - Stephen Denne

Answer 7

鉴于这两种实现方式，速度应该是相同的，这是真的。

但是，这些方法远远不是唯一可能的实现方式。例如，一个原始的链表（不单独存储大小）可以比 size() 调用更快地回答 isEmpty()。

更重要的是：isEmpty() 正好描述了您的意图，而 size()==0 过于复杂（当然并不是极其复杂，但任何不必要的复杂性都应该避免）。

- Joachim Sauer

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但是如果你看到它们的实现，那些看起来非常非常简单？ - Ashish Agarwal

你看到的那些，没错。但正如@dtsazza所解释的那样：实现并不是唯一重要的事情，意图和可读性也很重要。而且可能会有其他Collectons实现，其中size()可能不那么容易实现（例如WeakHashMap或其他动态集合）。 - Joachim Sauer

Answer 8

根据 PMD（基于静态规则的 Java 源代码分析器），推荐使用 isEmpty()。您可以在此处找到 PMD 规则集。搜索“UseCollectionIsEmpty”规则。

http://pmd.sourceforge.net/rules/design.html

在我看来，这也有助于保持整个源代码的一致性，而不是一半的人使用isEmpty()，另一半使用size()==0。

- Priyabrata Hota

Answer 9

一般而言，很难说哪个更快，因为它取决于您使用的List接口的实现方式。

假设我们正在谈论ArrayList。查找ArrayList的源代码，您可以在JDK安装目录下的src.zip文件中找到它。方法isEmpty和size的源代码如下（适用于Windows的Sun JDK 1.6更新16）：

public boolean isEmpty() {
    return size == 0;
}

public int size() {
    return size;
}

你可以轻松地看到，表达式isEmpty()和size() == 0都会转化为完全相同的语句，因此它们之间并没有速度上的差异。

如果你对于接口List的其他实现方式感兴趣，可以自行查找源代码并了解相关信息。

- Jesper