HashMap 的 7 種遍歷方式與性能分析！(強(qiáng)烈推薦)

時(shí)間：2020-05-06 11:39:07

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[導(dǎo)讀]來自：Java中文社群隨著 JDK 1.8 Streams API 的發(fā)布，使得 HashMap 擁有了更多的遍歷的方式，但應(yīng)該選擇那種遍歷方式？反而成了一個(gè)問題。本文先從 HashMap 的遍歷方法講起，然后再從性能、原理以及安全性等方面，來分析 HashMap 各種遍歷方式的優(yōu)勢(shì)與不足

HashMap 的 7 種遍歷方式與性能分析！(強(qiáng)烈推薦)

來自：Java中文社群

隨著 JDK 1.8 Streams API 的發(fā)布，使得 HashMap 擁有了更多的遍歷的方式，但應(yīng)該選擇那種遍歷方式？反而成了一個(gè)問題。

本文先從 HashMap 的遍歷方法講起，然后再從性能、原理以及安全性等方面，來分析 HashMap 各種遍歷方式的優(yōu)勢(shì)與不足，本文主要內(nèi)容如下圖所示：

HashMap 遍歷

HashMap 遍歷從大的方向來說，可分為以下 4 類：

迭代器（Iterator）方式遍歷；
For Each 方式遍歷；
Lambda 表達(dá)式遍歷（JDK 1.8+）;
Streams API 遍歷（JDK 1.8+）。

但每種類型下又有不同的實(shí)現(xiàn)方式，因此具體的遍歷方式又可以分為以下 7 種：

使用迭代器（Iterator）EntrySet 的方式進(jìn)行遍歷；
使用迭代器（Iterator）KeySet 的方式進(jìn)行遍歷；
使用 For Each EntrySet 的方式進(jìn)行遍歷；
使用 For Each KeySet 的方式進(jìn)行遍歷；
使用 Lambda 表達(dá)式的方式進(jìn)行遍歷；
使用 Streams API 單線程的方式進(jìn)行遍歷；
使用 Streams API 多線程的方式進(jìn)行遍歷。

接下來我們來看每種遍歷方式的具體實(shí)現(xiàn)代碼。

1.迭代器 EntrySet

public class HashMapTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建并賦值 HashMap
        Map<Integer, String> map = new HashMap();
        map.put(1, "Java");
        map.put(2, "JDK");
        map.put(3, "Spring Framework");
        map.put(4, "MyBatis framework");
        map.put(5, "Java中文社群");
        // 遍歷
        Iterator<Map.Entry<Integer, String>> iterator = map.entrySet().iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            Map.Entry<Integer, String> entry = iterator.next();
            System.out.print(entry.getKey());
            System.out.print(entry.getValue());
        }
    }
}

以上程序的執(zhí)行結(jié)果為：

1 Java 2 JDK 3 Spring Framework 4 MyBatis framework 5 Java中文社群

2.迭代器 KeySet

public class HashMapTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建并賦值 HashMap
        Map<Integer, String> map = new HashMap();
        map.put(1, "Java");
        map.put(2, "JDK");
        map.put(3, "Spring Framework");
        map.put(4, "MyBatis framework");
        map.put(5, "Java中文社群");
        // 遍歷
        Iterator<Integer> iterator = map.keySet().iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            Integer key = iterator.next();
            System.out.print(key);
            System.out.print(map.get(key));
        }
    }
}

以上程序的執(zhí)行結(jié)果為：

1 Java 2 JDK 3 Spring Framework 4 MyBatis framework 5 Java中文社群

3.ForEach EntrySet

public class HashMapTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建并賦值 HashMap
        Map<Integer, String> map = new HashMap();
        map.put(1, "Java");
        map.put(2, "JDK");
        map.put(3, "Spring Framework");
        map.put(4, "MyBatis framework");
        map.put(5, "Java中文社群");
        // 遍歷
        for (Map.Entry<Integer, String> entry : map.entrySet()) {
            System.out.print(entry.getKey());
            System.out.print(entry.getValue());
        }
    }
}

以上程序的執(zhí)行結(jié)果為：

1 Java 2 JDK 3 Spring Framework 4 MyBatis framework 5 Java中文社群

4.ForEach KeySet

public class HashMapTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建并賦值 HashMap
        Map<Integer, String> map = new HashMap();
        map.put(1, "Java");
        map.put(2, "JDK");
        map.put(3, "Spring Framework");
        map.put(4, "MyBatis framework");
        map.put(5, "Java中文社群");
        // 遍歷
        for (Integer key : map.keySet()) {
            System.out.print(key);
            System.out.print(map.get(key));
        }
    }
}

以上程序的執(zhí)行結(jié)果為：

1 Java 2 JDK 3 Spring Framework 4 MyBatis framework 5 Java中文社群

5.Lambda

public class HashMapTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建并賦值 HashMap
        Map<Integer, String> map = new HashMap();
        map.put(1, "Java");
        map.put(2, "JDK");
        map.put(3, "Spring Framework");
        map.put(4, "MyBatis framework");
        map.put(5, "Java中文社群");
        // 遍歷
        map.forEach((key, value) -> {
            System.out.print(key);
            System.out.print(value);
        });
    }
}

以上程序的執(zhí)行結(jié)果為：

1 Java 2 JDK 3 Spring Framework 4 MyBatis framework 5 Java中文社群

6.Streams API 單線程

public class HashMapTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建并賦值 HashMap
        Map<Integer, String> map = new HashMap();
        map.put(1, "Java");
        map.put(2, "JDK");
        map.put(3, "Spring Framework");
        map.put(4, "MyBatis framework");
        map.put(5, "Java中文社群");
        // 遍歷
        map.entrySet().stream().forEach((entry) -> {
            System.out.print(entry.getKey());
            System.out.print(entry.getValue());
        });
    }
}

以上程序的執(zhí)行結(jié)果為：

1 Java 2 JDK 3 Spring Framework 4 MyBatis framework 5 Java中文社群

7.Streams API 多線程

public class HashMapTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建并賦值 HashMap
        Map<Integer, String> map = new HashMap();
        map.put(1, "Java");
        map.put(2, "JDK");
        map.put(3, "Spring Framework");
        map.put(4, "MyBatis framework");
        map.put(5, "Java中文社群");
        // 遍歷
        map.entrySet().parallelStream().forEach((entry) -> {
            System.out.print(entry.getKey());
            System.out.print(entry.getValue());
        });
    }
}

以上程序的執(zhí)行結(jié)果為：

4 MyBatis framework 5 Java中文社群 1 Java 2 JDK 3 Spring Framework

性能測(cè)試

接下來我們使用 Oracle 官方提供的性能測(cè)試工具 JMH（Java Microbenchmark Harness，JAVA 微基準(zhǔn)測(cè)試套件）來測(cè)試一下這 7 種循環(huán)的性能。

首先，我們先要引入 JMH 框架，在 pom.xml 文件中添加如下配置：

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.openjdk.jmh/jmh-core -->
<dependency>
    <groupId>org.openjdk.jmh</groupId>
    <artifactId>jmh-core</artifactId>
    <version>1.23</version>
</dependency>

然后編寫測(cè)試代碼，如下所示：

import org.openjdk.jmh.annotations.*;
import org.openjdk.jmh.runner.Runner;
import org.openjdk.jmh.runner.RunnerException;
import org.openjdk.jmh.runner.options.Options;
import org.openjdk.jmh.runner.options.OptionsBuilder;

import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

@BenchmarkMode(Mode.Throughput) // 測(cè)試類型：吞吐量
@OutputTimeUnit(TimeUnit.MILLISECONDS)
@Warmup(iterations = 2, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 預(yù)熱 2 輪，每次 1s
@Measurement(iterations = 5, time = 3, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 測(cè)試 5 輪，每次 3s
@Fork(1) // fork 1 個(gè)線程
@State(Scope.Thread) // 每個(gè)測(cè)試線程一個(gè)實(shí)例
public class HashMapCycle {
    static Map<Integer, String> map = new HashMap() {{
        // 添加數(shù)據(jù)
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            put(i, "val:" + i);
        }
    }};

    public static void main(String[] args) throws RunnerException {
        // 啟動(dòng)基準(zhǔn)測(cè)試
        Options opt = new OptionsBuilder()
                .include(HashMapCycle.class.getSimpleName()) // 要導(dǎo)入的測(cè)試類
                .output("/Users/admin/Desktop/jmh-map.log") // 輸出測(cè)試結(jié)果的文件
                .build();
        new Runner(opt).run(); // 執(zhí)行測(cè)試
    }

    @Benchmark
    public void entrySet() {
        // 遍歷
        Iterator<Map.Entry<Integer, String>> iterator = map.entrySet().iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            Map.Entry<Integer, String> entry = iterator.next();
            System.out.println(entry.getKey());
            System.out.println(entry.getValue());
        }
    }

    @Benchmark
    public void keySet() {
        // 遍歷
        Iterator<Integer> iterator = map.keySet().iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            Integer key = iterator.next();
            System.out.println(key);
            System.out.println(map.get(key));
        }
    }

    @Benchmark
    public void forEachEntrySet() {
        // 遍歷
        for (Map.Entry<Integer, String> entry : map.entrySet()) {
            System.out.println(entry.getKey());
            System.out.println(entry.getValue());
        }
    }

    @Benchmark
    public void forEachKeySet() {
        // 遍歷
        for (Integer key : map.keySet()) {
            System.out.println(key);
            System.out.println(map.get(key));
        }
    }

    @Benchmark
    public void lambda() {
        // 遍歷
        map.forEach((key, value) -> {
            System.out.println(key);
            System.out.println(value);
        });
    }

    @Benchmark
    public void streamApi() {
        // 單線程遍歷
        map.entrySet().stream().forEach((entry) -> {
            System.out.println(entry.getKey());
            System.out.println(entry.getValue());
        });
    }

    @Benchmark
    public void parallelStreamApi() {
        // 多線程遍歷
        map.entrySet().parallelStream().forEach((entry) -> {
            System.out.println(entry.getKey());
            System.out.println(entry.getValue());
        });
    }
}

所有被添加了 @Benchmark 注解的方法都會(huì)被測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下：

其中 Score 列表示平均執(zhí)行時(shí)間， ± 符號(hào)表示誤差。從以上結(jié)果可以看出，如果加上后面的誤差值的話，可以得出的結(jié)論是，除了并行循環(huán)的 parallelStream 性能比極高之外（多線程方式性能肯定比較高），其他方式的遍歷方法在性能方面幾乎沒有任何差別。

注：以上結(jié)果基于測(cè)試環(huán)境：JDK 1.8 / Mac mini (2018) / Idea 2020.1

性能原理分析

要理解性能測(cè)試的結(jié)果，我們需要把所有遍歷代碼通過 javac，編譯成字節(jié)碼來看具體的原因，編譯之后我們使用 Idea 打開字節(jié)碼信息，內(nèi)容如下：

//
// Source code recreated from a .class file by IntelliJ IDEA
// (powered by Fernflower decompiler)
//

package com.example;

import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;
import java.util.Map.Entry;

public class HashMapTest {
    static Map<Integer, String> map = new HashMap() {
        {
            for(int var1 = 0; var1 < 2; ++var1) {
                this.put(var1, "val:" + 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();

        while(var0.hasNext()) {
            Entry var1 = (Entry)var0.next();
            System.out.println(var1.getKey());
            System.out.println((String)var1.getValue());
        }

    }

    public static void keySet() {
        Iterator var0 = map.keySet().iterator();

        while(var0.hasNext()) {
            Integer var1 = (Integer)var0.next();
            System.out.println(var1);
            System.out.println((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());
            System.out.println((String)var1.getValue());
        }

    }

    public static void forEachKeySet() {
        Iterator var0 = map.keySet().iterator();

        while(var0.hasNext()) {
            Integer var1 = (Integer)var0.next();
            System.out.println(var1);
            System.out.println((String)map.get(var1));
        }

    }

    public static void lambda() {
        map.forEach((var0, var1) -> {
            System.out.println(var0);
            System.out.println(var1);
        });
    }

    public static void streamApi() {
        map.entrySet().stream().forEach((var0) -> {
            System.out.println(var0.getKey());
            System.out.println((String)var0.getValue());
        });
    }

    public static void parallelStreamApi() {
        map.entrySet().parallelStream().forEach((var0) -> {
            System.out.println(var0.getKey());
            System.out.println((String)var0.getValue());
        });
    }
}

從結(jié)果可以看出，除了 Lambda 和 Streams API 之外，通過迭代器循環(huán)和 for 循環(huán)的遍歷的 EntrySet 最終生成的代碼是一樣的，他們都是在循環(huán)中創(chuàng)建了一個(gè)遍歷對(duì)象 Entry ，如下所示：

public static void entrySet() {
    Iterator var0 = map.entrySet().iterator();
    while(var0.hasNext()) {
        Entry var1 = (Entry)var0.next();
        System.out.println(var1.getKey());
        System.out.println((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());
        System.out.println((String)var1.getValue());
    }
}

而通過迭代器和 for 循環(huán)遍歷的 KeySet 代碼也是一樣的，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);
        System.out.println((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);
        System.out.println((String)map.get(var1));
    }
}

可以看出 KeySet 在循環(huán)中創(chuàng)建了一個(gè) Integer 的局部變量，并且值是從 map 對(duì)象中直接獲取的。

所以通過字節(jié)碼來看，使用 EntrySet 和 KeySet 代碼差別不是很大，并不像網(wǎng)上說的那樣 KeySet 的性能遠(yuǎn)不如 EntrySet，因此從性能的角度來說 EntrySet 和 KeySet 幾乎是相近的，但從代碼的優(yōu)雅型和可讀性來說，還是推薦使用 EntrySet。

安全性測(cè)試

從上面的性能測(cè)試結(jié)果和原理分析，我想大家應(yīng)該選用那種遍歷方式，已經(jīng)心中有數(shù)的，而接下來我們就從「安全」的角度入手，來分析那種遍歷方式更安全。

我們把以上遍歷劃分為四類進(jìn)行測(cè)試：迭代器方式、For 循環(huán)方式、Lambda 方式和 Stream 方式，測(cè)試代碼如下。

1.迭代器方式

Iterator<Map.Entry<Integer, String>> iterator = map.entrySet().iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    Map.Entry<Integer, String> entry = iterator.next();
    if (entry.getKey() == 1) {
        // 刪除
        System.out.println("del:" + entry.getKey());
        iterator.remove();
    } else {
        System.out.println("show:" + entry.getKey());
    }
}

以上程序的執(zhí)行結(jié)果：

show:0

del:1

show:2

測(cè)試結(jié)果：迭代器中循環(huán)刪除數(shù)據(jù)安全。

2.For 循環(huán)方式

for (Map.Entry<Integer, String> entry : map.entrySet()) {
    if (entry.getKey() == 1) {
        // 刪除
        System.out.println("del:" + entry.getKey());
        map.remove(entry.getKey());
    } else {
        System.out.println("show:" + entry.getKey());
    }
}

以上程序的執(zhí)行結(jié)果：

測(cè)試結(jié)果：For 循環(huán)中刪除數(shù)據(jù)非安全。

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);
    }
});

以上程序的執(zhí)行結(jié)果：

HashMap 的 7 種遍歷方式與性能分析！(強(qiáng)烈推薦) 測(cè)試結(jié)果：Lambda 循環(huán)中刪除數(shù)據(jù)非安全。

Lambda 刪除的正確方式：

// 根據(jù) map 中的 key 去判斷刪除
map.keySet().removeIf(key -> key == 1);
map.forEach((key, value) -> {
    System.out.println("show:" + key);
});

以上程序的執(zhí)行結(jié)果：

show:0

show:2

從上面的代碼可以看出，可以先使用 Lambda 的 removeIf 刪除多余的數(shù)據(jù)，再進(jìn)行循環(huán)是一種正確操作集合的方式。

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());
    }
});

以上程序的執(zhí)行結(jié)果：

測(cè)試結(jié)果：Stream 循環(huán)中刪除數(shù)據(jù)非安全。

Stream 循環(huán)的正確方式：

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());
    }
});

以上程序的執(zhí)行結(jié)果：

show:0

show:2

從上面的代碼可以看出，可以使用 Stream 中的 filter 過濾掉無用的數(shù)據(jù)，再進(jìn)行遍歷也是一種安全的操作集合的方式。

小結(jié)

我們不能在遍歷中使用集合 map.remove() 來刪除數(shù)據(jù)，這是非安全的操作方式，但我們可以使用迭代器的 iterator.remove() 的方法來刪除數(shù)據(jù)，這是安全的刪除集合的方式。同樣的我們也可以使用 Lambda 中的 removeIf 來提前刪除數(shù)據(jù)，或者是使用 Stream 中的 filter 過濾掉要?jiǎng)h除的數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)，這樣都是安全的，當(dāng)然我們也可以在 for 循環(huán)前刪除數(shù)據(jù)在遍歷也是線程安全的。

總結(jié)

本文我們講了 HashMap 4 大類（迭代器、for、lambda、stream）遍歷方式，以及具體的 7 種遍歷方法，除了 Stream 的并行循環(huán)，其他幾種遍歷方法的性能差別不大，但從簡(jiǎn)潔性和優(yōu)雅性上來看，Lambda 和 Stream 無疑是最適合的遍歷方式。除此之外我們還從「安全性」方面測(cè)試了 4 大類遍歷結(jié)果，從安全性來講，我們應(yīng)該使用迭代器提供的 iterator.remove() 方法來進(jìn)行刪除，這種方式是安全的在遍歷中刪除集合的方式，或者使用 Stream 中的 filter 過濾掉要?jiǎng)h除的數(shù)據(jù)再進(jìn)行循環(huán)，也是安全的操作方式。

總體來說，本文提供了 7 種方式肯定也不是最全的，我是想給讀者在使用 HashMap 時(shí)多一種選擇，然而選擇那一種形式的寫法，要綜合：性能、安全性、使用環(huán)境的 JDK 版本以及優(yōu)雅性和可讀性等方面來綜合考慮。最后，歡迎各位在評(píng)論區(qū)補(bǔ)充并留言，寫出你們的想法。

參考 & 鳴謝

https://www.javaguides.net/2020/03/5-best-ways-to-iterate-over-hashmap-in-java.html

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免責(zé)聲明：本文內(nèi)容由21ic獲得授權(quán)后發(fā)布，版權(quán)歸原作者所有，本平臺(tái)僅提供信息存儲(chǔ)服務(wù)。文章僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)，不代表本平臺(tái)立場(chǎng)，如有問題，請(qǐng)聯(lián)系我們，謝謝！

HashMap 的 7 種遍歷方式與性能分析！(強(qiáng)烈推薦)

HashMap 遍歷

1.迭代器 EntrySet

2.迭代器 KeySet

3.ForEach EntrySet

4.ForEach KeySet

5.Lambda

6.Streams API 單線程

7.Streams API 多線程

性能測(cè)試

性能原理分析

安全性測(cè)試

1.迭代器方式

2.For 循環(huán)方式

3.Lambda 方式

4.Stream 方式

小結(jié)

總結(jié)

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