浅谈HashMap中7种遍历方式的性能分析

浅谈HashMap中7种遍历方式的性能分析

目录一、前言二、HashMap遍历2.1、迭代器EntrySet2.2、迭代器 KeySet2.3、ForEachEntrySet2.4、ForEach KeySet2.5、Lambda2.6、Streams API 单线程2.7、Streams API 多线程三、性能分析四、字节码分析五、EntrySet性能分析六、安全性测试6.1、迭代器方式6.2、For 循环方式6.3、Lambda 方式6.4、Stream 方式6.5、小结七、总结

一、前言

随着 JDK 1.8 Streams API 的发布，使得 HashMap 拥有了更多的遍历的方式，但应该选择那种遍历方式？反而成了一个问题。

本文主要内容如下图所示：

二、HashMap遍历

HashMap遍历从大的方向来说，可分为以下 4 类：

迭代器（Iterator）方式遍历；

For Each 方式遍历；

Lambda 表达式遍历（JDK 1.8+）;

Streams API 遍历（JDK 1.8+）。

但每种类型下又有不同的实现方式，因此具体的遍历方式又可以分为以下 7 种：

使用迭代器（Iterator）EntrySet 的方式进行遍历；

使用迭代器（Iterator）KeySet 的方式进行遍历；

使用 For Each EntrySet 的方式进行遍历；

使用 For Each KeySet 的方式进行遍历；

使用 Lambda 表达式的方式进行遍历；

使用 Streams API 单线程的方式进行遍历；

使用 Streams API 多线程的方式进行遍历。

接下来我们来看每种遍历方式的具体实现代码。

2.1、迭代器EntrySet

@Test

public void testIterator() {

// 创建并赋值 HashMap

Map map = new HashMap();

map.put(1, "java");

map.put(2, "JDK");

map.put(3, "Spring Framework");

map.put(4, "MyBatis framework");

map.put(5, "Oracle Database");

// 遍历

Iterator> iterator = map.entrySet().iterator();

while (iterator.hasNext()) {

Map.Entry entry = iterator.next();

System.out.println(entry.getKey() + ":" + entry.getValue());

}

}

运行结果：

2.2、迭代器 KeySet

@Test

public void testKeySet() {

// 创建并赋值 HashMap

Map map = new HashMap();

map.put(1, "Java");

map.put(2, "JDK");

map.put(3, "Spring Framework");

map.put(4, "MyBatis framework");

map.put(5, "Test KeySet");

// 遍历

Iterator iterator = map.keySet().iterator();

while (iterator.hasNext()) {

Integer key = iterator.next();

System.out.println(key + ":" + map.get(key));

}

}

运行结果：

2.3、ForEachEntrySet

@Test

public void testForEachEntrySet() {

// 创建并赋值 HashMap

Map map = new HashMap();

map.put(1, "Java");

map.put(2, "JDK");

map.put(3, "Spring Framework");

map.put(4, "MyBatis framework");

map.put(5, "Test ForEach EntrySet");

// 遍历

for (Map.Entry entry : map.entrySet()) {

System.out.println(entry.getKey() + ":" + entry.getValue());

}

}

运行结果：

2.4、ForEach KeySet

@Test

public void testForEachKeySet() {

// 创建并赋值 HashMap

Map map = new HashMap();

map.put(1, "Java");

map.put(2, "JDK");

map.put(3, "Spring Framework");

map.put(4, "MyBatis framework");

map.put(5, "Test ForEach KeySet");

// 遍历

for (Integer key : map.keySet()) {

System.out.println(key + ":" + map.get(key));

}

}

运行结果：

2.5、Lambda

@Test

public void testLambda() {

// 创建并赋值 HashMap

Map map = new HashMap();

map.put(1, "Java");

map.put(2, "JDK");

map.put(3, "Spring Framework");

map.put(4, "MyBatis framework");

map.put(5, "Test Lambda");

// 遍历

map.forEach((key, value) -> {

System.out.println(key + ":" + value);

});

}

运行结果：

2.6、Streams API 单线程

@Test

public void testStreamApi() {

// 创建并赋值 HashMap

Map map = new HashMap();

map.put(1, "Java");

map.put(2, "JDK");

map.put(3, "Spring Framework");

map.put(4, "MyBatis framework");

map.put(5, "Test Stream API");

// 遍历

map.entrySet().stream().forEach((entry) -> {

System.out.println(entry.getKey() + ":" + entry.getValue());

});

}

运行结果：

2.7、Streams API 多线程

@Test

public void testParallelStreamApi() {

// 创建并赋值 HashMap

Map map = new HashMap();

map.put(1, "Java");

map.put(2, "JDK");

map.put(3, "Spring Framework");

map.put(4, "MyBatis framework");

map.put(5, "Test Parallel Stream API");

// 遍历

map.entrySet().parallelStream().forEach((entry) -> {

System.out.println(entry.getKey() + ":" + entry.getValue());

});

}

运行结果：

三、性能分析

接下来我们使用 Oracle 官方提供的性能测试工具 JMH（Java Microbenchmark Harness，JAVA 微基准测试套件）来测试一下这 7 种循环的性能。

首先我们需要引入JMH框架，本次构建依赖使用工具为Gradle，引入配置如下：

implementation "org.openjdk.jmh:jmh-core:1.23"

implementation "org.openjdk.jmh:jmh-generator-annprocess:1.23"

如果使用Maven，可引入如下配置：

org.openjdk.jmh

jmh-core

1.23

org.openjdk.jmh

jmh-generator-annprocess

1.23

provided

编写性能测试代码如下：

//@BenchmarkMode(Mode.Throughput) // 测试类型：吞吐量

@BenchmarkMode(Mode.AverageTime) // 测试类型：平均消耗时间

//@OutputTimeUnit(TimeUnit.MILLISECONDS)

@OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS)

@Warmup(iterations = 4, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 预热 4 轮，每次 1s

@Measurement(iterations = 10, time = 3, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 测试 10 轮，每次 3s

@Fork(1) // fork 1 个线程

@State(Scope.Thread) // 每个测试线程一个实例

public class HashMapTest {

static Map map = new HashMap() {

{

for(int var1 = 0; var1 < 2; ++var1) {

this.put(var1, "Kevin:" + var1);

}

}

};

public static void main(String[] args) throws RunnerException {

// 启动基准测试

Options opt = new OptionsBuilder()

.include(HashMapTest.class.getSimpleName()) // 要导入的测试类

.output("E:/IDEAWorkSpaces/Test/src/main/java/com/kevin/performance/jmh-map2.log") // 输出测试结果的文件

.build();

new Runner(opt).run(); // 执行测试

}

/**

* Iterator遍历 entrySet

*/

@Benchmark

public void entrySet() {

// 遍历

Iterator> iterator = map.entrySet().iterator();

while (iterator.hasNext()) {

Map.Entry entry = iterator.next();

Integer k = entry.getKey();

String v = entry.getValue();

}

}

/**

* Foreach遍历 entrySet

*/

@Benchmark

public void forEachEntrySet() {

// 遍历

for (Map.Entry entry : map.entrySet()) {

Integer k = entry.getKey();

String v = entry.getValue();

}

}

/**

* Iterator遍历 keySet

*/

@Benchmark

public void keySet() {

Iterator iterator = map.keySet().iterator();

while (iterator.hasNext()) {

Integer k = iterator.next();

String v = map.get(k);

}

}

/**

* Foreach遍历 keySet

*/

@Benchmark

public void forEachKeySet() {

for (Integer key : map.keySet()) {

Integer k = key;

String v = map.get(k);

}

}

/**

* Lambda遍历

*/

@Benchmark

public void lambda() {

map.forEach((key, value) -> {

Integer k = key;

String v = value;

});

}

/**

* 单线程遍历

*/

@Benchmark

public void streamApi() {

map.entrySet().stream().forEach((entry) -> {

Integer k = entry.getKey();

String v = entry.getValue();

});

}

/**

* 多线程遍历

*/

public void parallelStreamApi() {

map.entrySet().parallelStream().forEach((entry) -> {

Integer k = entry.getKey();

String v = entry.getValue();

});

}

}

所有被添加了@Benchmark注解的方法都会被测试（由于 parallelStream 为多线程版本性能一定由于其他单线程，故不参与本次测试），测试结果如下：

其中 Units 为 ns/op 意思是执行完成时间（单位为纳秒），而 Score 列为平均执行时间，符号表示误差。从以上结果可以看出，两个entrySet的性能相近，并且执行速度最快，接下来是stream，然后是两个keySet，性能最差的是KeySet。

结论：

从以上结果可以看出entrySet的性能比keySet的性能高出了一倍之多，因此我们应该尽量使用entrySet来实现 Map集合的遍历。

四、字节码分析

要理解以上的测试结果，我们需要把所有遍历代码通过javac编译成字节码来看具体的原因。

编译后，我们使用 Idea 打开字节码，内容如下：

public class HashMapTest {

static Map map = new HashMap() {

{

for(int var1 = 0; var1 < 2; ++var1) {

this.put(var1, "Kevin:" + var1);

}

}

};

public HashMapTest() {

}

public static void main(String[] var0) {

entrySet();

keySet();

forEachEntrySet();

forEachKeySet();

lambda();

streamApi();

parallelStreamApi();

}

public static void entrySet() {

Iterator var0 = map.entrySet().iterator();

http:// while(var0.hasNext()) {

Entry var1 = (Entry)var0.next();

System.out.println(var1.getKey() + ":" + (String)var1.getValue());

}

}

public static void keySet() {

Iterator var0 = map.keySet().iterator();

while(var0.hasNext()) {

Integer var1 = (Integer)var0.next();

System.out.println(var1 + ":" + (String)map.get(var1));

}

}

public static void forEachEntrySet() {

Iterator var0 = map.entrySet().iterator();

while(var0.hasNext()) {

Entry var1 = (Entry)var0.next();

System.out.println(var1.getKey() + ":" + (String)var1.getValue());

}

}

public static void forEachKeySet() {

Iterator var0 = map.keySet().iterator();

while(var0.hasNext()) {

Integer var1 = (Integer)var0.next();

System.out.println(var1 + ":" + (String)map.get(var1));

}

}

public static void lambda() {

map.forEach((var0, var1) -> {

System.out.println(var0 + ":" + var1);

});

}

public static void streamApi() {

map.entrySet().stream().forEach((var0) -> {

System.out.println(var0.getKey() + ":" + (String)var0.getValue());

});

}

public static void parallelStreamApi() {

map.entrySet().parallelStream().forEach((var0) -> {

System.out.println(var0.getKey() + ":" + (String)var0.getValue());

});

}

}

//从结果可以看出，除了 Lambda 和 Streams API 之外，通过迭代器循环和 for 循环的遍历的 EntrySet 最终生成的代码是一样的，他们都是在循环中创建了一个遍历对象 Entry ，代码如下：

public static void entrySet() {

Iterator var0 = map.entrySet().iterator();

while(var0.hasNext()) {

Entry var1 = (Entry)var0.next();

System.out.println(var1.getKey() + ":" + (String)var1.getValue());

}

}

public static void forEachEntrySet() {

Iterator var0 = map.entrySet().iterator();

while(var0.hasNext()) {

Entry var1 = (Entry)var0.next();

System.out.println(var1.getKey() + ":" + (String)var1.getValue());

}

}

//而 KeySet 的代码也是类似的，如下所示：

public static void keySet() {

Iterator var0 = map.keySet().iterator();

while(var0.hasNext()) {

Integer var1 = (Integer)var0.next();

System.out.println(var1 + ":" + (String)map.get(var1));

}

}

public static void forEachKeySet() {

Iterator var0 = map.keySet().iterator();

while(var0.hasNext()) {

Integer var1 = (Integer)var0.next();

System.out.println(var1 + ":" + (String)map.get(var1));

}

}

从结果可以看出，除了 Lambda 和 Streams API 之外，通过迭代器循环和for循环的遍历的EntrySet最终生成的代码是一样的，他们都是在循环中创建了一个遍历对象Entry，代码如下：

public static void entrySet() {

Iterator var0 = map.entrySet().iterator();

while(var0.hasNext()) {

Entry var1 = (Entry)var0.next();

System.out.println(var1.getKey() + ":" + (String)var1.getValue());

}

}

public static void forEachEntrySet() {

Iterator var0 = map.entrySet().iterator();

while(var0.hasNext()) {

Entry var1 = (Entry)var0.next();

System.out.println(var1.getKey() + ":" + (String)var1.getValue());

}

}

而KeySet的代码也是类似的，如下所示：

public static void keySet() {

Iterator var0 = map.keySet().iterator();

while(var0.hasNext()) {

Integer var1 = (Integer)var0.next();

System.out.println(var1 + ":" + (String)map.get(var1));

}

}

public static void forEachKeySet() {

Iterator var0 = map.keySet().iterator();

while(var0.hasNext()) {

Integer var1 = (Integer)var0.next();

System.out.println(var1 + ":" + (String)map.get(var1));

}

}

所以我们在使用迭代器或是for循环EntrySet时，他们的性能都是相同的，因为他们最终生成的字节码基本都是一样的；同理KeySet的两种遍历方式也是类似的。

五、EntrySet性能分析

EntrySet之所以比KeySet的性能高是因为，KeySet在循环时使用了map.get(key)，而map.get(key)相当于又遍历了一遍 Map 集合去查询key所对应的值。为什么要用“又”这个词？那是因为在使用迭代器或者 for 循环时，其实已经遍历了一遍 Map 集合了，因此再使用map.get(key)查询时，相当于遍历了两遍。

而EntrySet只遍历了一遍 Map 集合，之后通过代码“Entry entry = iterator.next()”把对象的key和value值都放入到了Entry对象中，因此再获取key和value值时就无需再遍历 Map 集合，只需要从Entry对象中取值就可以了。

所以，EntrySet的性能比KeySet的性能高出了一倍，因为KeySet相当于循环了两遍 Map 集合，而EntrySet只循环了一遍。

六、安全性测试

从上面的性能测试结果和原理分析，我想大家应该选用那种遍历方式，已经心中有数的，而接下来我们就从「安全」的角度入手，来分析那种遍历方式更安全。

我们把以上遍历划分为四类进行测试：迭代器方式、For 循环方式、Lambda 方式和 Stream 方式，测试代码如下。

6.1、迭代器方式

Iterator> iterator = map.entrySet().iterator();

while (iterator.hasNext()) {

Map.Entry entry = iterator.next();

if (entry.getKey() == 1) {

// 删除

System.out.println("del:" + entry.getKey());

iterator.remove();

} else {

System.out.println("show:" + entry.getKey());

}

}

运行结果：

show:0

del:1

show:2

测试结果：迭代器中循环删除数据安全。

6.2、For 循环方式

for (Map.Entry entry : map.entrySet()) {

if (entry.getKey() == 1) {

// 删除

System.out.println("del:" + entry.getKey());

map.remove(entry.getKey());

} else {

System.out.println("show:" + entry.getKey());

}

}

运行结果：

测试结果：For 循环中删除数据非安全。

6.3、Lambda 方式

map.forEach((key, value) -> {

if (key == 1) {

System.out.println("del:" + key);

map.remove(key);

} else {

System.out.println("show:" + key);

}

});

运行结果：

测试结果：Lambda 循环中删除数据非安全。

Lambda 删除的正确方式：

// 根据 map 中的 key 去判断删除

map.keySet().removeIf(key -> key == 1);

map.forEach((key, value) -> {

System.out.println("show:" + key);

});

运行结果：

show:0

show:2

从上面的代码可以看出，可以先使用Lambda的removeIf删除多余的数据，再进行循环是一种正确操作集合的方式。

6.4、Stream 方式

map.entrySet().stream().forEach((entry) -> {

if (entry.getKey() == 1) {

System.out.println("del:" + entry.getKey());

map.remove(entry.getKey());

} else {

System.out.println("show:" + entry.getKey());

}

});

运行结果：

测试结果：Stream 循环中删除数据非安全。

Stream 循环的正确方式：

map.entrySet().stream().filter(m -> 1 != m.getKey()).forEach((entry) -> {

if (entry.getKey() == 1) {

System.out.println("del:" + entry.getKey());

} else {

System.out.println("show:" + entry.getKey());

}

});

运行结果：

show:0

show:2

从上面的代码可以看出，可以使用Stream中的filter过滤掉无用的数据，再进行遍历也是一种安全的操作集合的方式。

6.5、小结

我们不能在遍历中使用集合map.remove()来删除数据，这是非安全的操作方式，但我们可以使用迭代器的iterator.remove()的方法来删除数据，这是安全的删除集合的方式。同样的我们也可以使用 Lambda 中的removeIf来提前删除数据，或者是使用 Stream 中的filter过滤掉要删除的数据进行循环，这样都是安全的，当然我们也可以在for循环前删除数据在遍历也是线程安全的。

七、总结

本文我们讲了 HashMap 4 种遍历方式：迭代器、for、lambda、stream，以及具体的 7 种遍历方法，综合性能和安全性来看，我们应该尽量使用迭代器（Iterator）来遍历EntrySet的遍历方式来操作 Map 集合，这样就会既安全又高效了。

以上就是浅谈HashMap中7种遍历方式的性能分析的详细内容，更多关于HashMap 遍历性能分析的资料请关注我们其它相关文章！

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