Binlog | Java双重循环优化技巧

1、两种写法比较

1.1 直接双重For循环

public static void main(String[] args) {

    // 用于计算循环次数
    int count = 0;

    // 老公组
    List<Couple> husbands = new ArrayList<>();
    husbands.add(new Couple(1, "梁山伯"));
    husbands.add(new Couple(2, "牛郎"));
    husbands.add(new Couple(3, "干将"));
    husbands.add(new Couple(4, "工藤新一"));
    husbands.add(new Couple(5, "罗密欧"));

    // 老婆组
    List<Couple> wives = new ArrayList<>();
    wives.add(new Couple(1, "祝英台"));
    wives.add(new Couple(2, "织女"));
    wives.add(new Couple(3, "莫邪"));
    wives.add(new Couple(4, "毛利兰"));
    wives.add(new Couple(5, "朱丽叶"));

    for (Couple husband : husbands) {
        for (Couple wife : wives) {
            // 记录循环的次数
            count++;
            if (husband.getFamilyId().equals(wife.getFamilyId())) {
                System.out.println(husband.getUserName() + "爱" + wife.getUserName());
                // 牵手成功，换下一位男嘉宾
                break;
            }
        }
    }

    System.out.println("----------------------");
    System.out.println("循环了：" + count + "次");
}

1.2 其中一个List转Map后再匹配

public static void main(String[] args) {

    // 用于计算循环次数
    int count = 0;

    // 老公组
    List<Couple> husbands = new ArrayList<>();
    husbands.add(new Couple(1, "梁山伯"));
    husbands.add(new Couple(2, "牛郎"));
    husbands.add(new Couple(3, "干将"));
    husbands.add(new Couple(4, "工藤新一"));
    husbands.add(new Couple(5, "罗密欧"));

    // 老婆组
    List<Couple> wives = new ArrayList<>();
    wives.add(new Couple(1, "祝英台"));
    wives.add(new Couple(2, "织女"));
    wives.add(new Couple(3, "莫邪"));
    wives.add(new Couple(4, "毛利兰"));
    wives.add(new Couple(5, "朱丽叶"));

    // 给女嘉宾发牌子
    Map<Integer, Couple> wivesMap = new HashMap<>();
    for (Couple wife : wives) {
        // 女嘉宾现在不在List里了，而是去了wivesMap中，前面放了一块牌子：男嘉宾的号码
        wivesMap.put(wife.getFamilyId(), wife);
        count++;
    }

    // 男嘉宾上场
    for (Couple husband : husbands) {
        // 找到举着自己号码牌的女嘉宾
        Couple wife = wivesMap.get(husband.getFamilyId());
        System.out.println(husband.getUserName() + "爱" + wife.getUserName());
        count++;
    }

    System.out.println("----------------------");
    System.out.println("循环了：" + count + "次");
}

2、结论

🔍 两种写法的区别

写法	查找方式	时间复杂度	循环次数	原理
第一种（`Map`）	通过 `HashMap` 的 `get(key)` 直接定位	O(1) 平均	`wives.size()` + `husbands.size()` ≈ 10 次	哈希表用哈希函数直接计算出存储位置，查找几乎是瞬时的
第二种（双层循环）	遍历 `wives` 列表逐个比对	O(n²)	`husbands.size()` × `wives.size()` = 25 次	每个丈夫都要从头到尾扫描所有妻子，才能找到匹配的那一个

⚡ 为什么第一种更快

数据结构不同
- 第一种用 HashMap 存储妻子信息，key 是 familyId，查找时直接用哈希算法定位到内存位置，平均只需一次操作（O(1)）。
- 第二种用 List 存储妻子信息，查找时只能从头到尾遍历（O(n)）。
循环次数少
- 第一种：
  - 第一次循环：把妻子放进 Map（n 次）
  - 第二次循环：丈夫直接用 get() 找妻子（n 次）
  - 总共 2n 次
- 第二种：
  - 双层循环：n × n 次
  - 总共 n² 次
- 当 n 很大时，n² 会比 2n 大很多。
时间复杂度差异
- 第一种：O(n)
- 第二种：O(n²)
- 当数据量从 5 增加到 10 万时，第一种依然很快，第二种会慢得不可忍受。

📌 举个例子

假设有 10 万对夫妻：

第一种：大约执行 20 万次 操作
第二种：大约执行 100 亿次 操作差距是 五万倍 以上，这就是为什么第一种更快。

✅ 总结：第一种快的原因是 用哈希表（HashMap）将查找从 O(n) 降到了 O(1)，从而把整体复杂度从 O(n²) 降到了 O(n)。

3、应用

1️⃣ 电商订单匹配

场景：

有一个订单列表（包含商品ID），需要快速匹配商品库里的商品信息（价格、库存、促销信息）。

用法对比：

双层循环：每个订单商品都要遍历整个商品库。
HashMap：商品库先转成 Map<商品ID, 商品对象>，订单直接用 get() 查找。

好处：在大促活动（如双11）时，能显著减少 CPU 占用，提升响应速度。

2️⃣ 学生与成绩匹配

场景：

有一个学生名单和一个成绩单，需要快速找到每个学生的成绩。

用法对比：

双层循环：每个学生都要遍历成绩单。
HashMap：成绩单先转成 Map<学号, 成绩>，直接查找。

好处：适合学校成绩管理系统、在线考试系统等。

3️⃣ 物联网设备状态查询

场景：

有几万台传感器设备，每台设备有唯一的 设备ID，需要根据实时上报的 设备ID 找到设备信息（位置、类型、阈值等）。

用法对比：

双层循环：每条数据都要遍历设备列表。
HashMap：设备列表先转成 Map<设备ID, 设备对象>，直接查找。

好处：在秒级数据上报的场景下，能保证系统实时响应。