寫好循環也不容易--8種遍歷方法執行速度深度°對比

wbkz6929 7年前發布 | 18K 次閱讀瀏覽器 JavaScript開發

關于數組或對象遍歷，相信很多人都沒有深入觀察過執行效率。這是一個曾在群里吵翻天的話題，讀懂后你將成為遍歷效率話題的大師。

導讀

遍歷數組或對象是一名程序員的基本素養之一. 然而遍歷卻不是一件簡單的事, 優秀的程序員知道怎么去選擇合適的遍歷方法, 優化遍歷效率. 本篇將帶你走進JavaScript遍歷的世界, 享受分析JS循環的快感. 本篇所有代碼都可以直接運行, 希望您通讀本篇后, 不止是瀏覽, 最好是親手去實踐下.

概述

js有如下兩種數據需要經常遍歷

數組(Array)
對象(Object)

同時又提供了如下8種方法方便我們遍歷元素

for
while(或do~while)
forEach
for in
$.each
$(selecter).each
map
every

最終我們將分析遍歷效率選出最佳遍歷選手.

本文將針對如下兩種數據進行詳細的分析和舉栗. 下面舉栗中如果不加特殊說明將會用到如下數據.

var array = ["囚徒","過客","領袖"];//職場3種人
var o = {0:"linda",1:"style",2:"nick",length:3};

for

語法: for(初始化; 循環執行條件; 每遍歷一個元素后做的事情;){}

(function(){//循環置于閉包之內
  for(var i=0,length=array.length;i<length;i++){//緩存數組長度
      console.log(array[i]);//內部方法若有可能相互影響,也要置于閉包之內
  }
})();

for循環只能遍歷數組, 不能遍歷對象. 寫for循環時有兩點需要注意.

其一, 為了避免遍歷時執行多遍計算數組長度的操作, 影響效率, 建議在循環開始以變量的形式緩存下數組長度, 若在循環內部有可能改變數組長度, 請務必慎重處理, 避免數組越界.
JavaScript中并沒有類似java的塊級作用域, for循環內部定義的變量會直接暴露在外(如 i,循環退出后,i變量將等于數組長度, 后續代碼將能訪問到 i 變量的值), 因此建議將for循環置于閉包內. 特別要注意的是: 如果在循環內部, 前一個元素的遍歷有可能影響到后一個元素的遍歷, 那么for循環內部方法也需要置于閉包之內.

do/while

語法: do{...}while(true);

do while
(function() {
    var i = 0,
        len = array.length;
    do {
        if (i == 2) {
            break; // 循環被終止, 此處如果是continue就會造成循環無法退出
        };
        console.log('array['+ i +']:' + array[i]);
        i++;//此句建議放置循環while頭部
    } while(i<len);
})();

do/while的語法簡化了循環的實現, 只保留對循環條件的判斷, 所以我們要在循環內部構造出循環退出的條件, 否則有可能造成死循環. 特別要注意的是: 使用 continue 跳出本次遍歷時, 要保證循環能夠自動進入到下一次遍歷, 因此保證循環走到下一次遍歷的語句需要放到 continue 前面執行, 建議置于循環頭部 .(如上, i++ 語句最好放置循環頭部)

do/while 循環與for循環大體差不多,只支持數組遍歷, 多用于對循環退出條件不是很明確的場景. 一般來說不建議使用這種方式遍歷數組.

forEach

語法: array.forEach(function(item){}), 參數item表示數組每一項的元素

array.forEach(function(item){
  if(item=="囚徒")
    return;//這里只能使用return跳過當前元素處理
  console.log(item);
});

forEach回調function默認有三個參數: item, index, array.

使用forEach循環有幾點需要特別注意:

forEach無法遍歷對象
forEach無法在IE中使用，只是在firefox和chrome中實現了該方法
forEach無法使用break，continue跳出循環，使用return時，效果和在for循環中使用continue一致

for in

語法: for(var item in array){}

for(var item in array){
  console.log(item);
}//0 1 2
for(var item in o){
  console.log(item);
}//0 1 2 length

for in 可用于遍歷數組和對象, 但它輸出的只是數組的索引和對象的key, 我們可以通過索引和key取到對應的值. 如下:

for(var item in array){
  console.log(array[item]);
}//"囚徒" "過客" "領袖"
for(var item in o){
  console.log(o[item]);
}//"linda" "style" "nick" "length"

$.each

語法: $.each(array|o, function(i, ele){}) 支持數組和對象

$.each(array, function(i, ele){
  console.log(i,ele,this==ele);
});
//0 "囚徒" true
//1 "過客" true
//2 "領袖" true
$.each(o, function(i, ele){
  console.log(i,ele,this==ele);
});
//0 "linda" true
//1 "style" true
//2 "nick" true

這里我們注意到 this對象指向當前屬性的值 ,這是因為:

參考jQuery api:

$.each() 方法會迭代jQuery對象中的每一個DOM元素。每次回調函數執行時，會傳遞當前循環次數作為參數(從0開始計數)。更重要的是，回調函數是在當前DOM元素為上下文的語境中觸發的。因此關鍵字 this 總是指向這個元素。

同時,上述遍歷時, o 對象的屬性中有一個length屬性并沒有被輸出. 這是為什么呢? 請耐心往下看.

首先, 我們來看看遍歷對象o時, 當前的this對象到底是什么?

$.each(o, function(i, ele){
  if(this=="linda"){//我們隨機選取第一個屬性
    console.log(this,this==ele);
    $.each(this, function(e, ele2) {
        console.log(e, ele2);
    });
  }
});
//String {0: "l", 1: "i", 2: "n", 3: "d", 4: "a", length: 5, [[PrimitiveValue]]: "linda"} true
//0 "l"
//1 "i"
//2 "n"
//3 "d"
//4 "a"

我們發現, this對象等于回調函數的第二個形參. 且它的 length 屬性和 [[PrimitiveValue]] 屬性并沒有被打印出來, 為此我們來查看下length的內部屬性.

$.each(o, function(i, ele){
  if(this=="linda")//我們還是隨機選取第一個屬性(這還是隨機嗎?)
    console.log(Object.getOwnPropertyDescriptor(this, 'length'));
});
//Object {value: 5, writable: false, enumerable: false, configurable: false}

可見, this對象的length屬性的 enumerable 屬性被設置成了false, 這表示該對象不能被列舉或遍歷, 同時還不能被配置(configurable: false), 也不能被賦值(writable: false).

此時, 前面遍歷 o 對象時,它的 length 屬性沒有被打印出來的疑問似乎有解了. 讓我們來看看 o.length 的內部屬性吧.

console.log(Object.getOwnPropertyDescriptor(o, 'length'));
//Object {value: 3, writable: true, enumerable: true, configurable: true}

o.length 值為3, 可賦值, 可列舉, 可配置. 這可不對, 剛剛不是說 enumerable 屬性被設置成了false 才不會被遍歷嗎. 現在該值為 true, 并且還不可遍歷. 這不合常理, 自然該有別的原因. 我們接著往下看.

var o = {0:"linda",1:"style",2:"nick",length:1}; // 試著改變length的值
$.each(o, function(i, ele){//再遍歷一次
  console.log(i,ele);
});
//0 "linda"

var o = {0:"linda",1:"style",2:"nick",length:5}; // 堅持改變length的值
$.each(o, function(i, ele){//再遍歷一次
  console.log(i,ele);
});
// 0 linda
// 1 style
// 2 nick
// length 5

var o = {0:"linda",1:"style",2:"nick"}; // 試試去掉length屬性
$.each(o, function(i, ele){//再遍歷一次
  console.log(i,ele);
});
// 0 linda
// 1 style
// 2 nick

現象明了, 結合jquery源碼, 當對象中存在length屬性時, $.each 內部使用for循環去遍歷對象, 否則它將使用for in循環去遍歷, 因此$.each遍歷對象遵循如下規律:

如果對象中存在 length 屬性, 遍歷深度以length屬性為準, 即length多大, 遍歷多少個元素.
如果對象中不存在 length 屬性, 遍歷深度以實際內部屬性個數為準.

不僅如此, $.each的具體使用過程中還有以下幾點需要注意:

使用 return 或者 return true 為跳過一個元素，繼續執行后面的循環;
使用 return false 為終止循環的執行, 這是因為在 jquery.each 中, 若返回值指定為false, 才跳出循環, 如果感興趣請翻看 jquery.each 源碼;
無法使用 break 與 continue 來跳過循環.

$(selecter).each

語法: $(selecter|array|o).each(function(i, ele){}) 支持數組和對象, 該方法基本上與$.each方法相同.

$('div').each(function(i,ele){
  console.log(this,i,this == ele);
});
//dom... 0 dom.... true
$(array).each(function(i,ele){//處理數組
  if(this == "領袖")
      console.log(this,i,this == ele);
});
//String {0: "領", 1: "袖", length: 2, [[PrimitiveValue]]: "領袖"} 2 true
$(o).each(function(i,ele){//處理對象
  if(this == "nick")
      console.log(this,i,this == ele);
});
//String {0: "n", 1: "i", 2: "c", 3: "k", length: 4, [[PrimitiveValue]]: "nick"} 2 true

dom表示div元素, 由于this恒等ele, 說明this也表示div元素, 所以this并不是jquery對象, 而是普通的 DOM對象 (可以在this上隨意使用DOM方法). 使用$(selecter).each方法,請注意以下幾點:

i: 即序列值 ele: 表示當前被遍歷的DOM元素
this 表示當前被遍歷的DOM元素，不能調用jQuery方法, 如需調用jquery方法需要用$符號包裹.如, $(this)

map

即 Array.prototype.map,該方法只支持數組

語法: array.map(callback[,thisArg]) map方法使用其提供函數的每次返回結果生成一個新的數組.

var array = [1, 4, 9];
var roots = array.map(Math.sqrt);//map包裹方法名
// roots is now [1, 2, 3], array is still [1, 4, 9]
var array = [1, 4, 9];
var doubles = array.map(function(num) {//map包裹方法實體
  return num * 2;
});
// doubles is now [2, 8, 18]. array is still [1, 4, 9]

實際上,由于map方法被設計成支持 [ 鴨式辨型 ][] , 該方法也可以用來處理形似數組的對象, 例如 NodeList.

var elems = document.querySelectorAll('select option:checked');
var values = Array.prototype.map.call(elems, function(obj) {
  return obj.value;
});

甚至還可以用來處理字符串, 如下:

var map = Array.prototype.map;
var array = map.call('Hello 中國', function(x) { 
  return x.charCodeAt(0);
});
console.log(array);
//[72, 101, 108, 108, 111, 32, 20013, 22269]

map處理字符串的方式多種多樣, 例如反轉等.

var str = '12345';
var output = Array.prototype.map.call(str, function(x) {
  return x;
}).reverse().join('');
console.log(output);//54321

例如將字符串數組轉換為數字數組, 只需一條語句, 如下:

console.log(['1', '2', '3'].map(Number));//[1,2,3]

目前map方法被大部分瀏覽器支持, 除了IE 6,7,8.

every

即 Array.prototype.every, 該方法同上述map方法也只支持數組

語法: arr.every(callback[, thisArg]) every 方法用于檢驗數組中的每一項是否符合某個條件, 若符合則放回true, 反之則返回false.

function isBigEnough(element, index, array) {
  return element >= 10;
}
[12, 5, 8, 130, 44].every(isBigEnough);   // false
[12, 54, 18, 130, 44].every(isBigEnough); // true

該方法還有簡寫方式, 如下:

[12, 5, 8, 130, 44].every(elem => elem >= 10); // false
[12, 54, 18, 130, 44].every(elem => elem >= 10); // true

以上, 遍歷數組和對象的8種方法簡單的介紹完, 小結如下:

for in , $.each , $().each 既支持對象也支持數組遍歷;
for , do/while , forEach 只支持數組;
Array.prototype.map, Array.prototype.every 只支持數組和形似數組的對象;
forEach不能退出循環,只能通過return來進入到下一個元素的遍歷中(相當于for循環的continue), 且在IE沒有實現該方法;
$.each和$().each循環只能通過return false 來退出循環, 使用return 或 return true 將跳過一個元素, 繼續執行后面的循環.

測試各方法效率

下面我們來測試下上述方法的效率.

注: array數組默認為空, 依次賦值數組長度為1 000 000, 10 000 000, 100 000 000, 分別在 Chrome, Firefox, Safari 瀏覽器上進行兩輪測試, 取測試時間平均值作為比較對象, 時間單位為ms. 如下是測試代碼:

var array = [],
    length = array.length = 10000000;//(一千萬)
//for(var i=0;i<length;i++){
//  array[i] = 'louis';
//}
console.log(array[0]);
//-------------------------for
var t1 = +new Date();
for(var i=0;i<length;i++){
}
var t2 = +new Date();
console.log('for:' + (t2-t1));

//-------------------------do/while
var t1 = +new Date();
var i = 0;
do {
    i++;
} while(i<length);
var t2 = +new Date();
console.log('do while:' + (t2-t1));

//-------------------------forEach
var t1 = +new Date();
array.forEach(function(item){
});
var t2 = +new Date();
console.log('forEach:' + (t2-t1));

//-------------------------for in
var t1 = +new Date();
for(var item in array){
}
var t2 = +new Date();
console.log('for in:' + (t2-t1));

//------------------------- $.each
var t1 = +new Date();
$.each(array, function(i, ele){
});
var t2 = +new Date();
console.log('$.each:' + (t2-t1));

//-------------------------$().each
var t1 = +new Date();
$(array).each(function(i,ele){
});
var t2 = +new Date();
console.log('$(ele).each:' + (t2-t1));

//-------------------------map
var t1 = +new Date();
array.map(function(num){
});
var t2 = +new Date();
console.log('map:' + (t2-t1));

//-------------------------every
var t1 = +new Date();
array.every(function(e,i,arr){
});
var t2 = +new Date();
console.log('every:' + (t2-t1));

測試機器正常運行 IDE, 編輯器, 瀏覽器, qq, 微信等常用應用, 系統空閑. 硬件設備如下:

操作系統: OSX EI Capitan 版本 10.11.5
MacBook Pro（13 英寸，2015 年初期）
處理器: 2.7 GHz Intel Core i5
內存: 8 GB 1867 MHz DDR3

以上多輪測試結果匯總如下三張表(單位:ms):

數組長度為10^6

數組長度為10^6	chrome 52.0.2743.116 (64-bit)	Firefox Developer Edition 49.0a2 (2016-08-01)	Safari 9.1.1 (11601.6.17)
for	(16+19)/2 = 17.5	(6+7)/2 = 6.5	(6+7)/2 = 6.5
do while	(24+17)/2 = 20.5	(7+5)/2 = 6	(5+5)/2 = 5
for in	(19+28)/2 = 23.5	(0+0)/2 = 0	(0+0)/2 = 0
forEach	(41+28)/2 = 34.5	(4+4)/2 = 4	(31+29)/2 = 30
map	(26+32)/2 = 28	(4+4)/2 = 4	(32+26)/2 = 28
every	(22+24)/2 = 23	(4+5)/2 = 4.5	(41+45)/2 = 43
$.each	(29+27)/2 = 28	(306+311)/2 = 308.5	(111+97)/2 = 104
$(e).each	(94+98)/2 = 96	(484+488)/2 = 486	(79+64)/2 = 71.5

數組長度為10^7

數組長度為10^7	chrome 52.0.2743.116 (64-bit)	Firefox Developer Edition 49.0a2 (2016-08-01)	Safari 9.1.1 (11601.6.17)
for	(164+161)/2 = 162.5	(26+30)/2 = 28	(30+31)/2 = 30.5
do while	(163+157)/2 = 160	(27+25)/2 = 26	(28+27)/2 = 27.5
for in	(78+86)/2 = 82	(0+0)/2 = 0	(0+0)/2 = 0
forEach	(211+205)/2 = 208	(31+30)/2 = 30.5	(291+289)/2 = 290
map	(349+282)/2 = 315.5	(24+22)/2 = 23	(259+260)/2 = 259.5
every	(221+219)/2 = 220	(24+24)/2 = 24	(251+257)/2 = 254
$.each	(210+215)/2 = 212.5	(2868+2789)/2 = 2828.5	(699+724)/2 = 711.5
$(e).each	(730+669)/2 = 699.5	(4674+4722)/2 = 4698	(523+546)/2 = 534.5

數組長度為10^8

數組長度為10^8	chrome 52.0.2743.116 (64-bit)	Firefox Developer Edition 49.0a2 (2016-08-01)	Safari 9.1.1 (11601.6.17)
for	(1486+1583)/2 = 1534.5	(222+238)/2 = 230	(261+251)/2 = 256
do while	(1548+1608)/2 = 1578	(236+247)/2 = 241.5	(272+265)/2 = 268.5
for in	(0+0)/2 = 0	(0+0)/2 = 0	(0+0)/2 = 0
forEach	(25838+22307)/2 = 24072.5	(212+209)/2 = 210.5	(2565+2568)/2 = 2566.5
map	(23795+22787)/2 = 23291	(215+206)/2 = 210.5	(2556+2573)/2 = 2564.5
every	(22393+22378)/2 = 22385.5	(212+215)/2 = 213.5	(2550+2548)/2 = 2549
$.each	(14523+14776)/2 = 14649.5	(28007+27698)/2 = 27852.5	(7109+7156)/2 = 7132.5
$(e).each	chrome 奔潰了...	(49352+49530)/2 = 49441	(5505+4616)/2 = 5060.5

綜上, 我們發現for in 循環的性能不穩定, 猜測它可能沒有進入循環. 因此將數組各元素進行如下賦值. 重新進行如下兩輪測試.

var array = [],
    length = array.length = 1000000;
for(var i=0;i<length;i++){
  array[i] = 'louis';
}

數組賦值后, 數組長度為10^6

數組長度為10^6	chrome 52.0.2743.116 (64-bit)	Firefox Developer Edition 49.0a2 (2016-08-01)	Safari 9.1.1 (11601.6.17)
for	(21+22)/2 = 21.5	(8+10)/2 = 9	(6+5)/2 = 5.5
do while	(22+19)/2 = 20.5	(6+6)/2 = 6	(6+5)/2 = 5.5
for in	(178+184)/2 = 181	(318+268)/2 = 293	(413+464)/2 = 438.5
forEach	(42+45)/2 = 43.5	(4+4)/2 = 4	(21+24)/2 = 22.5
map	(137+153)/2 = 145	(9+8)/2 = 8.5	(38+43)/2 = 40.5
every	(0+0)/2 = 0	(0+0)/2 = 0	(0+0)/2 = 0
$.each	(85+84)/2 = 84.5	(15+19)/2 = 17	(37+25)/2 = 31
$(e).each	(81+83)/2 = 82	(34+31)/2 = 32.5	(37+46)/2 = 41.5

數組賦值后, 數組長度為10^7

數組長度為10^7	chrome 52.0.2743.116 (64-bit)	Firefox Developer Edition 49.0a2 (2016-08-01)	Safari 9.1.1 (11601.6.17)
for	(171+157)/2 = 164	(27+26)/2 = 26.5	(26+28)/2 = 27
do while	(168+158)/2 = 163	(27+27)/2 = 27	(28+29)/2 = 28.5
for in	(1469+1715)/2 = 1592	(2922+3123)/2 = 3022.5	(5755+5742)/2 = 5748.5
forEach	(347+329)/2 = 338	(32+36)/2 = 34	(171+174)/2 = 172.5
map	(1320+1335)/2 = 1327.5	(147+137)/2 = 142	(448+469)/2 = 458.5
every	(0+0)/2 = 0	(0+0)/2 = 0	(0+0)/2 = 0
$.each	(438+441)/2 = 439.5	(142+141)/2 = 141.5	(254+248)/2 = 251
$(e).each	(876+935)/2 = 905.5	(315+328)/2 = 321.5	(450+402)/2 = 426

可見, 對數組進行賦值后, 代碼運行基本穩定.(every還不清楚為什么執行時間為0.歡迎大神告知原因.)

分析總結

通過以上 30 次運行測試(實際上為了得到比較穩定的數據, 擯棄了許多異常的測試數據), 我們發現在數組長度為10^6, 10^7, 10^8 時, 代碼運行基本穩定. 各方法運行需要的時間大致排序如下:

for ~= do while < forEach ~= map ~= every < $.each < $(e).each < for in

根據統計數據, 可得這8個方法的運行速度大致排序為:

for 與 do while
forEach map every (這3個不相上下,可認為運行速度差不多)
$.each
$(e).each
for in

我們翻看jquery代碼就會知道, $.each方法內部通過調用for循環來實現, 而$().each是先用jquery包裹數組對象, 然后再調用for循環, 因此后者效率略低于前者.

綜上, 最佳遍歷選手是 for/do while循環, 推薦大家優先考慮使用它. ( Firefox瀏覽器由于對forEach循環做了底層優化, 效率接近native,不在我們考慮范圍內 ).

基于測試結果的兩點思考

從測試數據上猜測, Firefox 與 Safari 似乎對于 for, do while 等都進行了底層優化. 循環執行效率明顯優于Chrome.
每次瀏覽器執行到 for in 循環處, 便會出現卡頓, 猜測瀏覽器可能正在預加載循環所需資源（后續我將專門分析此處）.

參考文章

來自：https://juejin.im/post/58fd414c1b69e600589d4568

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