HashMap 的 7 种遍历方式与性能分析
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。
1.迭代器 EntrySet
以上程序的执行结果为:
1
Java
2
JDK
3
Spring Framework
2.迭代器 KeySet
以上程序的执行结果为:
key:1
valuesJava
key:2
valuesJDK
key:3
valuesSpring Framework
3.ForEach EntrySet
以上程序的执行结果为:
1
Java
2
JDK
3
Spring Framework
4.ForEach KeySet
以上程序的执行结果为:
1
Java
2
JDK
3
Spring Framework
5.Lambda
以上程序的执行结果为:
1
Java
2
JDK
3
Spring Framework
6.Streams API 单线程
以上程序的执行结果为:
1
Java
2
JDK
3
Spring Framework
7.Streams API 多线程
以上程序的执行结果为:
1
Java
2
JDK
3
Spring Framework
性能测试
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,我们先要引入 JMH 框架,在 pom.xml
文件中添加如下配置:
然后编写测试代码,如下所示:
所有被添加了 @Benchmark
注解的方法都会被测试,因为 parallelStream 为多线程版本性能一定是最好的,所以就不参与测试了,其他 6 个方法的测试结果如下:
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
。
注:以上结果基于测试环境:JDK 1.8 / Mac mini (2018) / Idea 2020.1
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。
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:
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:
而 KeySet
的代码也是类似的,如下所示:
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。
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<Integer, String> 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。
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。
1.迭代器方式
以上程序的执行结果:
show:0
del:1
show:2
测试结果:迭代器中循环删除数据安全。
2.For 循环方式
以上程序的执行结果:
测试结果:For 循环中删除数据非安全。
3.Lambda 方式
以上程序的执行结果:
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);
});
以上程序的执行结果:
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。
4.Stream 方式
以上程序的执行结果:
测试结果:Stream 循环中删除数据非安全。
Stream 循环的正确方式:
以上程序的执行结果:
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。
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。
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。
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