HashMap 的 7 種遍歷方式與性能分析，高薪必學

来源:https://www.cnblogs.com/chengxuyuanaa/archive/2020/05/04/12825904.html
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隨著 JDK 1.8 Streams API 的發佈，使得 HashMap 擁有了更多的遍歷的方式，但應該選擇那種遍歷方式？反而成了一個問題。 本文先從 HashMap 的遍歷方法講起，然後再從性能、原理以及安全性等方面，來分析 HashMap 各種遍歷方式的優勢與不足，本文主要內容如下圖所示： 這 ...


隨著 JDK 1.8 Streams API 的發佈，使得 HashMap 擁有了更多的遍歷的方式，但應該選擇那種遍歷方式？反而成了一個問題。

本文先從 HashMap 的遍歷方法講起，然後再從性能、原理以及安全性等方面，來分析 HashMap 各種遍歷方式的優勢與不足，本文主要內容如下圖所示：

 

image.png

 

這裡也要註意：不管你是為了JAVA高薪還是愛好，記住：項目開發經驗永遠是核心，如果你沒有最新JAVA架構實戰視頻教程及大廠面試寶典，可以去小編的Java架構學習.裙 ：七吧傘吧零而衣零傘 （數字的諧音）轉換下可以找到了，裡面很多新JAVA架構項目教程，還可以跟老司機交流討教！ 

HashMap 遍歷

HashMap 遍歷從大的方向來說，可分為以下 4 類：

  1. 迭代器（Iterator）方式遍歷；
  2. For Each 方式遍歷；
  3. Lambda 表達式遍歷（JDK 1.8+）;
  4. Streams API 遍歷（JDK 1.8+）。

但每種類型下又有不同的實現方式，因此具體的遍歷方式又可以分為以下 7 種：

  1. 使用迭代器（Iterator）EntrySet 的方式進行遍歷；
  2. 使用迭代器（Iterator）KeySet 的方式進行遍歷；
  3. 使用 For Each EntrySet 的方式進行遍歷；
  4. 使用 For Each KeySet 的方式進行遍歷；
  5. 使用 Lambda 表達式的方式進行遍歷；
  6. 使用 Streams API 單線程的方式進行遍歷；
  7. 使用 Streams API 多線程的方式進行遍歷。

接下來我們來看每種遍歷方式的具體實現代碼。

1.迭代器 EntrySet

public class HashMapTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 創建並賦值 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.println(entry.getKey());
            System.out.println(entry.getValue());
        }
    }
}
複製代碼

以上程式的執行結果為：

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) {
        // 創建並賦值 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.println(key);
            System.out.println(map.get(key));
        }
    }
}
複製代碼

以上程式的執行結果為：

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) {
        // 創建並賦值 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.println(entry.getKey());
            System.out.println(entry.getValue());
        }
    }
}
複製代碼

以上程式的執行結果為：

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) {
        // 創建並賦值 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.println(key);
            System.out.println(map.get(key));
        }
    }
}
複製代碼

以上程式的執行結果為：

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) {
        // 創建並賦值 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.println(key);
            System.out.println(value);
        });
    }
}
複製代碼

以上程式的執行結果為：

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) {
        // 創建並賦值 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.println(entry.getKey());
            System.out.println(entry.getValue());
        });
    }
}
複製代碼

以上程式的執行結果為：

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) {
        // 創建並賦值 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.println(entry.getKey());
            System.out.println(entry.getValue());
        });
    }
}
複製代碼

以上程式的執行結果為：

4

MyBatis framework

5

Java中文社群

1

Java

2

JDK

3

Spring Framework

性能測試

接下來我們使用 Oracle 官方提供的性能測試工具 JMH（Java Microbenchmark Harness，JAVA 微基準測試套件）來測試一下這 7 種迴圈的性能。

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>
<!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.openjdk.jmh/jmh-generator-annprocess -->
<dependency>
    <groupId>org.openjdk.jmh</groupId>
    <artifactId>jmh-generator-annprocess</artifactId>
    <version>1.23</version>
    <scope>provided</scope>
</dependency>
複製代碼

然後編寫測試代碼，如下所示：

@BenchmarkMode(Mode.AverageTime) // 測試完成時間
@OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS)
@Warmup(iterations = 2, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 預熱 2 輪，每次 1s
@Measurement(iterations = 5, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 測試 5 輪，每次 3s
@Fork(1) // fork 1 個線程
@State(Scope.Thread) // 每個測試線程一個實例
public class HashMapCycleTest {
    static Map<Integer, String> map = new HashMap() {{
        // 添加數據
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            put(i, "val:" + i);
        }
    }};

    public static void main(String[] args) throws RunnerException {
        // 啟動基準測試
        Options opt = new OptionsBuilder()
                .include(HashMapCycle.class.getSimpleName()) // 要導入的測試類
                .output("/Users/admin/Desktop/jmh-map.log") // 輸出測試結果的文件
                .build();
        new Runner(opt).run(); // 執行測試
    }

    @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();
            Integer k = entry.getKey();
            String v = entry.getValue();
        }
    }

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

    @Benchmark
    public void keySet() {
        // 遍歷
        Iterator<Integer> iterator = map.keySet().iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            Integer k = iterator.next();
            String v = map.get(k);
        }
    }

    @Benchmark
    public void forEachKeySet() {
        // 遍歷
        for (Integer key : map.keySet()) {
            Integer k = key;
            String v = map.get(k);
        }
    }

    @Benchmark
    public void lambda() {
        // 遍歷
        map.forEach((key, value) -> {
            Integer k = key;
            String v = map.get(k);
        });
    }

    @Benchmark
    public void streamApi() {
        // 單線程遍歷
        map.entrySet().stream().forEach((entry) -> {
            Integer k = entry.getKey();
            String v = entry.getValue();
        });
    }

    public void parallelStreamApi() {
        // 多線程遍歷
        map.entrySet().parallelStream().forEach((entry) -> {
            Integer k = entry.getKey();
            String v = entry.getValue();
        });
    }
}
複製代碼

所有被添加了 @Benchmark 註解的方法都會被測試，因為 parallelStream 為多線程版本性能一定是最好的，所以就不參與測試了，其他 6 個方法的測試結果如下：

 

 

其中 Score 列表示平均執行時間， ± 符號表示誤差。從以上結果可以看出，兩個 entrySet 的性能相近，並且執行速度最快，接下來是 stream ，然後是兩個 keySet，性能最差的是 lambda 表達式。

註：以上結果基於測試環境：JDK 1.8 / Mac mini (2018) / Idea 2020.1

小結

因此我們應該儘量使用迭代器或 for 迴圈的 entrySet 遍歷，或者是 stream 的方式。

性能原理分析

要理解性能測試的結果，我們需要把所有遍歷代碼通過 javac，編譯成位元組碼來看具體的原因，編譯之後我們使用 Idea 打開位元組碼信息，內容如下：

//
// 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());
        });
    }
}

複製代碼

從結果可以看出，除了 Lambda 和 Streams API 之外，通過迭代器迴圈和 for 迴圈的遍歷的 EntrySet 最終生成的代碼是一樣的，他們都是在迴圈中創建了一個遍歷對象 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());
    }
}
複製代碼

而通過迭代器和 for 迴圈遍歷的 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));
    }
}
複製代碼

可以看出 KeySet 在迴圈中創建了一個 Integer 的局部變數，並且值是從 map 對象中直接獲取的。

所以通過上面測試結果可以看出，無論是通過迭代器方式還是 for 迴圈方式，最終的測試結果 EntrySet 的兩個方法的性能都是相似的，而 KeySet  也是同理。

安全性測試

從上面的性能測試結果和原理分析，我想大家應該選用那種遍歷方式，已經心中有數的，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行測試：迭代器方式、For 迴圈方式、Lambda 方式和 Stream 方式，測試代碼如下。

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());
    }
}
複製代碼

以上程式的執行結果：

show:0

del:1

show:2

測試結果：迭代器中迴圈刪除數據安全。

2.For 迴圈方式

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());
    }
}
複製代碼

以上程式的執行結果：

 

image.png

 

測試結果：For 迴圈中刪除數據非安全。

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);
    }
});
複製代碼

以上程式的執行結果：

 

image.png測試結果：Lambda 迴圈中刪除數據非安全。

 

Lambda 刪除的正確方式：

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

以上程式的執行結果：

show:0

show:2

從上面的代碼可以看出，可以先使用 Lambda 的 removeIf 刪除多餘的數據，再進行迴圈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());
    }
});
複製代碼

以上程式的執行結果：

 

image.png

 

測試結果：Stream 迴圈中刪除數據非安全。

Stream 迴圈的正確方式：

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());
    }
});
複製代碼

以上程式的執行結果：

show:0

show:2

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

小結

我們不能在遍歷中使用集合 map.remove() 來刪除數據，這是非安全的操作方式，但我們可以使用迭代器的 iterator.remove() 的方法來刪除數據，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 來提前刪除數據，或者是使用 Stream 中的 filter 過濾掉要刪除的數據進行迴圈，這樣都是安全的，當然我們也可以在 for 迴圈前刪除數據在遍歷也是線程安全的。

總結
註意：不管你是為了JAVA高薪還是愛好，記住：項目開發經驗永遠是核心，如果你沒有最新JAVA架構實戰視頻教程及大廠面試寶典，可以去小編的Java架構學習.裙 ：七吧傘吧零而衣零傘 （數字的諧音）轉換下可以找到了，裡面很多新JAVA架構項目教程，還可以跟老司機交流討教！ 

本文我們講了 HashMap 4 種遍歷方式：迭代器、for、lambda、stream，以及具體的 7 種遍歷方法，綜合性能和安全性來看，我們應該儘量使用迭代器 entrySet 的遍歷方式，或者是 stream filter 的方式來遍歷 HashMap。

本文的文字及圖片來源於網路加上自己的想法,僅供學習、交流使用,不具有任何商業用途,版權歸原作者所有,如有問題請及時聯繫我們以作處理


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  • java 子類與父類
    子類是由繼承得到的類，被繼承的類就是父類，子類與父類是"is-a"關係。 一、子類與父類 1. 子類 （1）子類定義 class 子類名 extends 父類名 {...} （2）子類繼承性 子類繼承了父類的所有屬性和除了構造方法的其餘方法。 子類與父類在同個包中：子類繼承父類除了private成員 ...
  • 程式人生 | 春風得意馬蹄疾，一日看盡長安花
    當大潮退去，才知道誰在裸泳。 作者 ：A哥（YourBatman） 公眾號 ：BAT的烏托邦（ID：BAT utopia） 文末是否有彩蛋 ：有 [TOC] 前言 各位小伙伴大家好，我是A哥，一個前25年還不會寫Hallo World的半殘程式猿。也許你看到這個介紹心裡一陣美滋滋： 卧槽，終於有一個 ...
  • PHP 日期時間函數詳解
    世界分為24個時區（間隔是0 23小時），我們經常見到的 UTC (世界無線電組織規定的)通用協調時間。 GMT （格林威治時間），本初子午線 0時區 英國倫敦的本地時間 UTC == GMT == 0時區 == 英國倫敦的本地時間 == 本初子午線 中國屬於東8區，其實，是占在東五區到東9區。 國 ...
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    引導 要求：線程資源必須通過線程池提供，不允許在應用自行顯式創建線程； 說明：使用線程池的好處是減少在創建和銷毀線程上所花的時間以及系統資源的開銷，解決資源不足的問題。如果不使用線程池，有可能造成系統創建大量同類線程而導致消耗記憶體或者“過度切換”的問題。 特別要註意：光理論是不夠的，記住：Java架 ...
  • LeetCode 45. 跳躍游戲 II | Python
    45. 跳躍游戲 II 題目來源： "https://leetcode cn.com/problems/jump game ii" 題目 給定一個非負整數數組，你最初位於數組的第一個位置。 數組中的每個元素代表你在該位置可以跳躍的最大長度。 你的目標是使用最少的跳躍次數到達數組的最後一個位置。 示例 ...
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