HashMap 的 7 种遍历方式与性能分析!(强烈推荐)


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。

本文先从 HashMap 的遍历方法讲起,然后再从性能、原理以及安全性等方面,来分析 HashMap 各种遍历方式的优势与不足,本文主要内容如下图所示:

 

HashMap 遍历

HashMap 遍历从大的方向来说,可分为以下 4 类

  1. 迭代器(Iterator)方式遍历;
  2. For Each 方式遍历;
  3. Lambda 表达式遍历(JDK 1.8+);
  4. 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:

  1. 使用迭代器(Iterator)EntrySet 的方式进行遍历;
  2. 使用迭代器(Iterator)KeySet 的方式进行遍历;
  3. 使用 For Each EntrySet 的方式进行遍历;
  4. 使用 For Each KeySet 的方式进行遍历;
  5. 使用 Lambda 表达式的方式进行遍历;
  6. 使用 Streams API 单线程的方式进行遍历;
  7. 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 4 MyBatis framework

2.迭代器 KeySet

以上程序的执行结果为:

1 Java 2 JDK 3 Spring Framework 4 MyBatis framework

3.ForEach EntrySet

以上程序的执行结果为:

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

4.ForEach KeySet

以上程序的执行结果为:

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

5.Lambda

以上程序的执行结果为:

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

6.Streams API 单线程

以上程序的执行结果为:

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

7.Streams API 多线程

以上程序的执行结果为:

4 MyBatis framework 5 Java中文社群 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:

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) // 测试类型:吞吐量
@OutputTimeUnit(TimeUnit.MILLISECONDS)
@Warmup(iterations = 2, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 预热 2 轮,每次 1s
@Measurement(iterations = 5, time = 3, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 测试 5 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 HashMapCycle {
    static Map<Integer, String> map = new HashMap() {{
        // 添加数据
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            put(i, "val:" + i);
        }
    }};

    public static void main(String[] args) throws RunnerException {
        // 启动基准测试
        Options opt = new OptionsBuilder()
                .include(HashMapCycle.class.getSimpleName()) // 要导入的测试类
                .output("/Users/admin/Desktop/jmh-map.log") // 输出测试结果的文件
                .build();
        new Runner(opt).run(); // 执行测试
    }

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

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

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

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

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

所有被添加了 @Benchmark 注解的方法都会被测试,测试结果如下:

其中 Score 列表示平均执行时间, ± 符号表示误差。从以上结果可以看出,如果加上后面的误差值的话,可以得出的结论是,除了并行循环的 parallelStream 性能比极高之外(多线程方式性能肯定比较高),其他方式的遍历方法在性能方面几乎没有任何差别。

注:以上结果基于测试环境:JDK 1.8 / Mac mini (2018) / Idea 2020.1

性能原理分析

要理解性能测试的结果,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,编译之后我们使用 Idea 打开字节码信息,内容如下:

//
// 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());
        });
    }
}

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 ,如下所示:

而通过迭代器和 for 循环遍历的 KeySet 代码也是一样的,如下所示:

可以看出 KeySet 在循环中创建了一个 Integer 的局部变量,并且只是从map 对象中直接获取的。

所以通过字节码来看,使用 EntrySet 和 KeySet 代码差别不是很大,并不像网上说的那样 KeySet 的性能远不如 EntrySet,因此从性能的角度来说 EntrySet 和 KeySet 几乎是相近的,但从代码的优雅性和可读性来说,还是推荐使用  EntrySet。

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:

测试结果:Lambda 循环中删除数据非安全

Lambda 删除的正确方式

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 大类(迭代器、for、lambda、stream)遍历方式,以及具体的 7 种遍历方法,除了 Stream 的并行循环,其他几种遍历方法的性能差别不大,但从简洁性和优雅性上来看,Lambda 和 Stream 无疑是最适合的遍历方式。除此之外我们还从「安全性」方面测试了 4 大类遍历结果,从安全性来讲,我们应该使用迭代器提供的 iterator.remove() 方法来进行删除,这种方式是安全的在遍历中删除集合的方式,或者使用 Stream 中的 filter 过滤掉要删除的数据再进行循环,也是安全的操作方式

总体来说,本文提供了 7 种方式肯定也不是最全的,我是想给读者在使用 HashMap 时多一种选择,然而选择那一种形式的写法,要综合:性能、安全性、使用环境的 JDK 版本以及优雅性和可读性等方面来综合考虑。最后,欢迎各位在评论区补充并留言,写出你们的想法。

 


作者:互联网java架构,发布于:2020/05/24
原文:https://www.cnblogs.com/hulianwangjiagoushi/p/12943292.html