Java循环结构全解析：从基础用法到性能优化（含经典案例）

本文收录于《 零基础入门Java·基础篇 学习大纲》

Java循环结构全解析：从基础用法到性能优化（含经典案例）

在Java编程中，循环结构是实现重复执行代码块的核心技术，也是处理批量数据、迭代逻辑的基础。无论是简单的次数循环、条件循环，还是集合迭代，掌握不同循环结构的适用场景和优化技巧，能显著提升代码的效率和可读性。本文将结合直角三角形打印、乘法口诀表生成等经典案例，全面拆解Java中的循环结构。

一、循环结构的核心作用与分类

1. 核心作用

循环结构的本质是重复执行一段代码块，直到满足终止条件。其核心价值在于：

• 减少重复代码（如批量处理1000条数据无需写1000行重复逻辑）；
• 处理不确定次数的逻辑（如用户输入验证，直到输入合法才继续）；
• 迭代数据集合（如遍历数组、集合中的元素）。

2. 分类

Java提供4种常用循环结构，适用于不同场景：

循环类型	核心特点	适用场景
for循环	初始化、循环条件、迭代器分离，结构清晰	已知循环次数（如遍历数组、固定次数循环）
while循环	先判断条件再执行，条件不满足则一次不执行	未知循环次数（如依赖外部状态的循环）
do-while循环	先执行一次再判断条件，至少执行一次	必须执行一次的场景（如菜单交互、输入验证）
增强型for循环	语法简洁，无需索引，直接遍历元素	遍历数组、集合（Collection），无需操作索引

二、四大循环结构的基础语法与经典案例

1. for循环：已知次数的精准循环

语法结构

for (初始化表达式; 循环条件表达式; 迭代表达式) {// 循环体：需要重复执行的代码
}

经典案例1：打印直角三角形（嵌套for循环）

直角三角形的打印需要控制每行的星号数量随行数递增，适合用嵌套for循环实现（外层控制行数，内层控制每行的星号数）。

public class RightTriangle {public static void main(String[] args) {int rows = 5; // 三角形的行数// 外层循环：控制行数（从1到rows）for (int i = 1; i <= rows; i++) {// 内层循环：控制每行的星号数量（第i行打印i个星号）for (int j = 1; j <= i; j++) {System.out.print("* ");}// 每行结束后换行System.out.println();}}
}

运行结果

* 
* * 
* * * 
* * * * 
* * * * * 

经典案例2：生成乘法口诀表（双层for循环）

乘法口诀表是典型的行列关联场景，外层循环控制行数（乘数1），内层循环控制列数（乘数2），且列数不超过行数（避免重复计算）。

public class MultiplicationTable {public static void main(String[] args) {// 外层循环：控制行数（乘数i从1到9）for (int i = 1; i <= 9; i++) {// 内层循环：控制列数（乘数j从1到i，避免重复）for (int j = 1; j <= i; j++) {System.out.print(j + "×" + i + "=" + (j*i) + "\t");}// 每行结束后换行System.out.println();}}
}

运行结果

1×1=1	
1×2=2	2×2=4	
1×3=3	2×3=6	3×3=9	
1×4=4	2×4=8	3×4=12	4×4=16	
1×5=5	2×5=10	3×5=15	4×5=20	5×5=25	
1×6=6	2×6=12	3×6=18	4×6=24	5×6=30	6×6=36	
1×7=7	2×7=14	3×7=21	4×7=28	5×7=35	6×7=42	7×7=49	
1×8=8	2×8=16	3×8=24	4×8=32	5×8=40	6×8=48	7×8=56	8×8=64	
1×9=9	2×9=18	3×9=27	4×9=36	5×9=45	6×9=54	7×9=63	8×9=72	9×9=81	

2. while循环：未知次数的条件循环

语法结构

初始化表达式;
while (循环条件表达式) {// 循环体迭代表达式;
}

实例：用户输入验证（未知输入次数）

import java.util.Scanner;public class WhileLoopDemo {public static void main(String[] args) {Scanner scanner = new Scanner(System.in);int password;// 循环直到输入正确的密码（123456）while (true) {System.out.print("请输入密码：");password = scanner.nextInt();if (password == 123456) {System.out.println("密码正确，登录成功！");break; // 满足条件，退出循环} else {System.out.println("密码错误，请重新输入！");}}scanner.close();}
}

3. do-while循环：至少执行一次的循环

语法结构

初始化表达式;
do {// 循环体迭代表达式;
} while (循环条件表达式);

实例：菜单交互（必须显示一次菜单）

import java.util.Scanner;public class DoWhileLoopDemo {public static void main(String[] args) {Scanner scanner = new Scanner(System.in);int choice;do {// 显示菜单（至少显示一次）System.out.println("\n===== 功能菜单 =====");System.out.println("1. 打印直角三角形");System.out.println("2. 生成乘法口诀表");System.out.println("3. 退出");System.out.print("请选择功能（1-3）：");choice = scanner.nextInt();// 根据选择执行对应功能switch (choice) {case 1:printTriangle(5); // 调用直角三角形打印方法break;case 2:printMultiplicationTable(); // 调用乘法口诀表方法break;case 3:System.out.println("退出系统，再见！");break;default:System.out.println("输入错误，请重新选择！");}} while (choice != 3); // 选择3则退出循环scanner.close();}// 封装直角三角形打印方法private static void printTriangle(int rows) {for (int i = 1; i <= rows; i++) {for (int j = 1; j <= i; j++) {System.out.print("* ");}System.out.println();}}// 封装乘法口诀表方法private static void printMultiplicationTable() {for (int i = 1; i <= 9; i++) {for (int j = 1; j <= i; j++) {System.out.print(j + "×" + i + "=" + (j*i) + "\t");}System.out.println();}}
}

4. 增强型for循环（for-each）：简洁的集合遍历

语法结构

for (元素类型 变量名 : 可迭代对象) {// 循环体：变量名直接引用集合中的元素
}

实例：遍历数组与集合

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class ForEachDemo {public static void main(String[] args) {// 遍历数组int[] nums = {1, 3, 5, 7, 9};System.out.println("数组元素：");for (int num : nums) {System.out.print(num + " ");}// 遍历集合List<String> fruits = new ArrayList<>();fruits.add("苹果");fruits.add("香蕉");fruits.add("橙子");System.out.println("\n水果列表：");for (String fruit : fruits) {System.out.print(fruit + " ");}}
}

三、循环结构的核心差异与选择指南

1. 核心差异对比

对比维度	for循环	while循环	do-while循环	增强型for循环
执行顺序	先判断，后执行	先判断，后执行	先执行，后判断	先迭代，后执行
循环次数确定性	已知次数（推荐）	未知次数（推荐）	至少执行一次（推荐）	遍历集合/数组（推荐）
典型案例	直角三角形、乘法表	用户输入验证	菜单交互	数组/集合遍历

2. 选择指南

• 若明确知道循环次数（如打印5行三角形、9行乘法表）→ 用for循环；
• 若循环次数依赖外部条件（如用户输入密码的次数）→ 用while循环；
• 若必须执行一次循环体（如显示菜单后再判断是否退出）→ 用do-while循环；
• 若仅需遍历集合/数组，无需操作索引 → 用增强型for循环（代码更简洁）。

四、循环中的关键操作：break、continue、return

1. break：终止当前循环

例如在乘法口诀表中，若只想打印前5行：

for (int i = 1; i <= 9; i++) {if (i > 5) break; // 行数超过5则终止循环for (int j = 1; j <= i; j++) {System.out.print(j + "×" + i + "=" + (j*i) + "\t");}System.out.println();
}

2. continue：跳过本次循环

例如在直角三角形中，第3行不打印：

int rows = 5;
for (int i = 1; i <= rows; i++) {if (i == 3) continue; // 跳过第3行for (int j = 1; j <= i; j++) {System.out.print("* ");}System.out.println();
}

五、循环性能优化技巧

1. 避免循环内创建对象：将对象创建移到循环外（如StringBuilder复用）；
2. 减少循环内的计算量：缓存集合长度（如int size = list.size()）；
3. 优化嵌套循环：乘法口诀表中通过j <= i减少内层循环次数，避免冗余计算；
4. 利用并行流：大数据量循环时，用parallelStream()利用多核CPU加速。

六、常见循环错误与避坑指南

1. 死循环：确保循环条件最终会变为false（如乘法表中i从1增至9后退出）；
2. 索引越界：数组遍历用i < array.length而非i <= array.length；
3. 增强型for循环修改集合：遍历集合时添加/删除元素会报错，需用迭代器。

七、总结

循环结构是Java编程的基础，通过本文的直角三角形、乘法口诀表等案例可以看出：

• for循环适合控制固定次数的嵌套逻辑（如行列关联的图形或表格）；
• while和do-while适合依赖外部条件的场景（如交互逻辑）；
• 增强型for循环简化了集合遍历的代码；
• 合理使用break和continue能让循环逻辑更清晰。

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