Antes de mais nada é preciso considerar que [muitos testes de desempenho estão errados][1]. Fazer um *micribenchmark* não é tão simples quando executar os três códigos por diversos fatores internos e externos:

- Outros programas executando em segundo plano pode interferir diferentemente nos testes.
- Com vários testes numa mesma execução, um pode afetar os demais. Por exemplo, o primeiro teste pode ter instanciado elementos e o Garbage Collector é executado somente no segundo teste.
- O teste pode não refletir um contexto real de uso. No seu exemplo, você não inclui o acesso ao elemento. Como a resposta do Ricardo já mencionou, o gargalo de um laço `for` ou `while` usado para percorrer uma lista (`List`) pode estar no método `get()`, que faz verificação do índice acessado e então precisa recuperar o elemento do vetor interno. Entretanto, não posso concordar com a resposta dele, porque o `Iterator` também usa internamente o método `get()`.
- A JVM faz otimizações tanto no bytecode quanto durante a execução, podendo variar conforme a versão.
- O resultado varia grandemente para diferentes tipos de `Collection`s. [Esta resposta no SOEN][2] diz não haver diferenças significativas.

O seu teste é muito parecido com [este benchmark][3]. Sem o acesso aos elementos, o resultado obtido pelo autor foi:

> For each loop :: 110 ms

> Using collection.size() :: 37 ms

> Using [int size = list.size(); int j = 0; j < size ; j++] :: 4 ms

> Using [int j = list.size(); j > size ; j--] :: 1 ms

Em resumo, um laço decrementando a variável é o mais rápido neste cenário e isso provavelmente se deve ao fato de que comparar uma variável a zero é mais eficiente.

O site Mkiong também [produziu um benchmark][4]. O resultado:

![Performance Test Result][5]

Entretanto, isso foi muito questionado. Veja os comentários para ver que pessoas diferentes obtiveram resultados diferentes em diferentes plataformas e com pequenas modificações no código.

Ao considerar a quantidade de código executado, o `Iterator` realmente parece ser o menos eficiente. Veja o código dos métodos `next()` e `hasNext()` do `Iterator` usado no `ArrayList`, extraídos do JDK 6:

<!-- language-all: lang-java -->

	public E next() {
            checkForComodification();
	    try {
		E next = get(cursor);
		lastRet = cursor++;
		return next;
	    } catch (IndexOutOfBoundsException e) {
		checkForComodification();
		throw new NoSuchElementException();
	    }
	}

	public boolean hasNext() {
            return cursor != size();
	}

Note que os métodos `size()` e `get()` da lista são chamados de qualquer forma. Não existe uma mágica para recuperar o próximo elemento. Além disso, é feita uma verificação se a lista foi modificada por outro método. Ainda bem que isso é feito apenas comparando-se dois inteiros, mas a chamada ao método e a comparação acabam tendo algum impacto.

Enfim, através de uma **análise estática**, podemos afirmar que um laço `for` usando uma variável auxiliar (`i`) e um valor limite fixo, isto é, sem chamar `size()` a cada iteração é mais eficiente.

Na prática, porém, o cenário pode mudar drasticamente se o programador ficar com "preguiça" de atribuir o elemento a uma variável. Quem nunca viu algo como o exemplo abaixo?

    for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
        if (list.get(i) != null) {
            list.get(i).metodo();
        }
    }

Outro fator que pode mudar muito é se não usarmos o `ArrayList`. O `LinkedList`, por exemplo, possui complexidade `O(n)` para encontrar um elemento qualquer, pois ele precisa percorrer os elementos um a um até encontrar o elemento desejado.

E pensando ainda na qualidade de um software como um todo e não apenas na perspectiva do desempenho, laços `for..each` tem a grande vantagem de serem mais "limpos" (menos digitação, mais fácil entendimento) e menos propenso a erros (estouro de limite, iniciar contador em 1 ao invés de zero e assim por diante).

Outra observação importante, pensando na questão de desempenho, é que os maiores gargalos estão no acesso aleatório aos dados e na própria definição da estrutura de dados. Embora alguns considerem exagero a preocupação com esses detalhes, a verdade é que faz muita diferença escolher as estruturas adequadas para armazenar os dados. O conceito de que memória e CPU são "baratos" cai por terra assim que começamos a lidar com mais do que alguns milhares de registros, por exemplo. A escolha dos comandos para percorrer a estrutura definida vem como consequência das decisões já tomadas.

A **conclusão** é que não existe um laço definitivamente mais eficiente para todos os casos. A ênfase mais importante está em definir uma estrutura de dados adequados para cada caso, considerando o consumo de memória e a complexidade de acesso a um elemento específico daquela estrutura.

  [1]: http://java.dzone.com/articles/why-many-java-performance-test
  [2]: http://stackoverflow.com/a/1879292/1683070
  [3]: http://howtodoinjava.com/2013/03/26/performance-comparison-of-different-for-loops-in-java/
  [4]: http://www.mkyong.com/java/while-loop-for-loop-and-iterator-performance-test-java/
  [5]: https://i.sstatic.net/zMjYK.jpg