浅谈HashMap中7种遍历方式的性能分析

时间:2022-06-30 08:18:36
目录
  • 一、前言
  • 二、HashMap遍历
    • 2.1、迭代器EntrySet
    • 2.2、迭代器 KeySet
    • 2.3、ForEachEntrySet
    • 2.4、ForEach KeySet
    • 2.5、Lambda
    • 2.6、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:

浅谈HashMap中7种遍历方式的性能分析

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

  1. @Test
  2. public void testIterator() {
  3. // 创建并赋值 HashMap
  4. Map<Integer, String> map = new HashMap();
  5. map.put(1, "Java");
  6. map.put(2, "JDK");
  7. map.put(3, "Spring Framework");
  8. map.put(4, "MyBatis framework");
  9. map.put(5, "Oracle Database");
  10. // 遍历
  11. Iterator<Map.Entry<Integer, String>> iterator = map.entrySet().iterator();
  12. while (iterator.hasNext()) {
  13. Map.Entry<Integer, String> entry = iterator.next();
  14. System.out.println(entry.getKey() + ":" + entry.getValue());
  15. }
  16. }

运行结果:

浅谈HashMap中7种遍历方式的性能分析

2.2、迭代器 KeySet

  1. @Test
  2. public void testKeySet() {
  3. // 创建并赋值 HashMap
  4. Map<Integer, String> map = new HashMap();
  5. map.put(1, "Java");
  6. map.put(2, "JDK");
  7. map.put(3, "Spring Framework");
  8. map.put(4, "MyBatis framework");
  9. map.put(5, "Test KeySet");
  10. // 遍历
  11. Iterator<Integer> iterator = map.keySet().iterator();
  12. while (iterator.hasNext()) {
  13. Integer key = iterator.next();
  14. System.out.println(key + ":" + map.get(key));
  15. }
  16. }

运行结果:

浅谈HashMap中7种遍历方式的性能分析

2.3、ForEachEntrySet

  1. @Test
  2. public void testForEachEntrySet() {
  3. // 创建并赋值 HashMap
  4. Map<Integer, String> map = new HashMap();
  5. map.put(1, "Java");
  6. map.put(2, "JDK");
  7. map.put(3, "Spring Framework");
  8. map.put(4, "MyBatis framework");
  9. map.put(5, "Test ForEach EntrySet");
  10. // 遍历
  11. for (Map.Entry<Integer, String> entry : map.entrySet()) {
  12. System.out.println(entry.getKey() + ":" + entry.getValue());
  13. }
  14. }

运行结果:

浅谈HashMap中7种遍历方式的性能分析

2.4、ForEach KeySet

  1. @Test
  2. public void testForEachKeySet() {
  3. // 创建并赋值 HashMap
  4. Map<Integer, String> map = new HashMap();
  5. map.put(1, "Java");
  6. map.put(2, "JDK");
  7. map.put(3, "Spring Framework");
  8. map.put(4, "MyBatis framework");
  9. map.put(5, "Test ForEach KeySet");
  10. // 遍历
  11. for (Integer key : map.keySet()) {
  12. System.out.println(key + ":" + map.get(key));
  13. }
  14. }

运行结果:

浅谈HashMap中7种遍历方式的性能分析

2.5、Lambda

  1. @Test
  2. public void testLambda() {
  3. // 创建并赋值 HashMap
  4. Map<Integer, String> map = new HashMap();
  5. map.put(1, "Java");
  6. map.put(2, "JDK");
  7. map.put(3, "Spring Framework");
  8. map.put(4, "MyBatis framework");
  9. map.put(5, "Test Lambda");
  10. // 遍历
  11. map.forEach((key, value) -> {
  12. System.out.println(key + ":" + value);
  13. });
  14. }

运行结果:

浅谈HashMap中7种遍历方式的性能分析

2.6、Streams API 单线程

  1. @Test
  2. public void testStreamApi() {
  3. // 创建并赋值 HashMap
  4. Map<Integer, String> map = new HashMap();
  5. map.put(1, "Java");
  6. map.put(2, "JDK");
  7. map.put(3, "Spring Framework");
  8. map.put(4, "MyBatis framework");
  9. map.put(5, "Test Stream API");
  10. // 遍历
  11. map.entrySet().stream().forEach((entry) -> {
  12. System.out.println(entry.getKey() + ":" + entry.getValue());
  13. });
  14. }

运行结果:

浅谈HashMap中7种遍历方式的性能分析

2.7、Streams API 多线程

  1. @Test
  2. public void testParallelStreamApi() {
  3. // 创建并赋值 HashMap
  4. Map<Integer, String> map = new HashMap();
  5. map.put(1, "Java");
  6. map.put(2, "JDK");
  7. map.put(3, "Spring Framework");
  8. map.put(4, "MyBatis framework");
  9. map.put(5, "Test Parallel Stream API");
  10. // 遍历
  11. map.entrySet().parallelStream().forEach((entry) -> {
  12. System.out.println(entry.getKey() + ":" + entry.getValue());
  13. });
  14. }

运行结果:

浅谈HashMap中7种遍历方式的性能分析

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:

  1. <!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.openjdk.jmh/jmh-core -->
  2. <dependency>
  3. <groupId>org.openjdk.jmh</groupId>
  4. <artifactId>jmh-core</artifactId>
  5. <version>1.23</version>
  6. </dependency>
  7. <!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.openjdk.jmh/jmh-generator-annprocess -->
  8. <dependency>
  9. <groupId>org.openjdk.jmh</groupId>
  10. <artifactId>jmh-generator-annprocess</artifactId>
  11. <version>1.23</version>
  12. <scope>provided</scope>
  13. </dependency>

编写性能测试代码如下:

  1. //@BenchmarkMode(Mode.Throughput) // 测试类型:吞吐量
  2. @BenchmarkMode(Mode.AverageTime) // 测试类型:平均消耗时间
  3. //@OutputTimeUnit(TimeUnit.MILLISECONDS)
  4. @OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS)
  5. @Warmup(iterations = 4, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 预热 4 轮,每次 1s
  6. @Measurement(iterations = 10, time = 3, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 测试 10 轮,每次 3s
  7. @Fork(1) // fork 1 个线程
  8. @State(Scope.Thread) // 每个测试线程一个实例
  9. public class HashMapTest {
  10.  
  11. static Map<Integer, String> map = new HashMap() {
  12. {
  13. for(int var1 = 0; var1 < 2; ++var1) {
  14. this.put(var1, "Kevin:" + var1);
  15. }
  16.  
  17. }
  18. };
  19.  
  20. public static void main(String[] args) throws RunnerException {
  21. // 启动基准测试
  22. Options opt = new OptionsBuilder()
  23. .include(HashMapTest.class.getSimpleName()) // 要导入的测试类
  24. .output("E:/IDEAWorkSpaces/Test/src/main/java/com/kevin/performance/jmh-map2.log") // 输出测试结果的文件
  25. .build();
  26. new Runner(opt).run(); // 执行测试
  27. }
  28.  
  29. /**
  30. * Iterator遍历 entrySet
  31. */
  32. @Benchmark
  33. public void entrySet() {
  34. // 遍历
  35. Iterator<Map.Entry<Integer, String>> iterator = map.entrySet().iterator();
  36. while (iterator.hasNext()) {
  37. Map.Entry<Integer, String> entry = iterator.next();
  38. Integer k = entry.getKey();
  39. String v = entry.getValue();
  40. }
  41. }
  42.  
  43. /**
  44. * Foreach遍历 entrySet
  45. */
  46. @Benchmark
  47. public void forEachEntrySet() {
  48. // 遍历
  49. for (Map.Entry<Integer, String> entry : map.entrySet()) {
  50. Integer k = entry.getKey();
  51. String v = entry.getValue();
  52. }
  53. }
  54.  
  55. /**
  56. * Iterator遍历 keySet
  57. */
  58. @Benchmark
  59. public void keySet() {
  60. Iterator<Integer> iterator = map.keySet().iterator();
  61. while (iterator.hasNext()) {
  62. Integer k = iterator.next();
  63. String v = map.get(k);
  64. }
  65. }
  66.  
  67. /**
  68. * Foreach遍历 keySet
  69. */
  70. @Benchmark
  71. public void forEachKeySet() {
  72. for (Integer key : map.keySet()) {
  73. Integer k = key;
  74. String v = map.get(k);
  75. }
  76. }
  77.  
  78. /**
  79. * Lambda遍历
  80. */
  81. @Benchmark
  82. public void lambda() {
  83. map.forEach((key, value) -> {
  84. Integer k = key;
  85. String v = value;
  86. });
  87. }
  88.  
  89. /**
  90. * 单线程遍历
  91. */
  92. @Benchmark
  93. public void streamApi() {
  94. map.entrySet().stream().forEach((entry) -> {
  95. Integer k = entry.getKey();
  96. String v = entry.getValue();
  97. });
  98. }
  99.  
  100. /**
  101. * 多线程遍历
  102. */
  103. public void parallelStreamApi() {
  104. map.entrySet().parallelStream().forEach((entry) -> {
  105. Integer k = entry.getKey();
  106. String v = entry.getValue();
  107. });
  108. }
  109. }

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:

浅谈HashMap中7种遍历方式的性能分析

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:

  1. public class HashMapTest {
  2. static Map<Integer, String> map = new HashMap() {
  3. {
  4. for(int var1 = 0; var1 < 2; ++var1) {
  5. this.put(var1, "Kevin:" + var1);
  6. }
  7. }
  8. };
  9.  
  10. public HashMapTest() {
  11. }
  12.  
  13. public static void main(String[] var0) {
  14. entrySet();
  15. keySet();
  16. forEachEntrySet();
  17. forEachKeySet();
  18. lambda();
  19. streamApi();
  20. parallelStreamApi();
  21. }
  22.  
  23. public static void entrySet() {
  24. Iterator var0 = map.entrySet().iterator();
  25.  
  26. while(var0.hasNext()) {
  27. Entry var1 = (Entry)var0.next();
  28. System.out.println(var1.getKey() + ":" + (String)var1.getValue());
  29. }
  30. }
  31.  
  32. public static void keySet() {
  33. Iterator var0 = map.keySet().iterator();
  34.  
  35. while(var0.hasNext()) {
  36. Integer var1 = (Integer)var0.next();
  37. System.out.println(var1 + ":" + (String)map.get(var1));
  38. }
  39. }
  40.  
  41. public static void forEachEntrySet() {
  42. Iterator var0 = map.entrySet().iterator();
  43.  
  44. while(var0.hasNext()) {
  45. Entry var1 = (Entry)var0.next();
  46. System.out.println(var1.getKey() + ":" + (String)var1.getValue());
  47. }
  48. }
  49.  
  50. public static void forEachKeySet() {
  51. Iterator var0 = map.keySet().iterator();
  52.  
  53. while(var0.hasNext()) {
  54. Integer var1 = (Integer)var0.next();
  55. System.out.println(var1 + ":" + (String)map.get(var1));
  56. }
  57. }
  58.  
  59. public static void lambda() {
  60. map.forEach((var0, var1) -> {
  61. System.out.println(var0 + ":" + var1);
  62. });
  63. }
  64.  
  65. public static void streamApi() {
  66. map.entrySet().stream().forEach((var0) -> {
  67. System.out.println(var0.getKey() + ":" + (String)var0.getValue());
  68. });
  69. }
  70.  
  71. public static void parallelStreamApi() {
  72. map.entrySet().parallelStream().forEach((var0) -> {
  73. System.out.println(var0.getKey() + ":" + (String)var0.getValue());
  74. });
  75. }
  76. }
  77.  
  78. //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:
  79.  
  80. public static void entrySet() {
  81. Iterator var0 = map.entrySet().iterator();
  82. while(var0.hasNext()) {
  83. Entry var1 = (Entry)var0.next();
  84. System.out.println(var1.getKey() + ":" + (String)var1.getValue());
  85. }
  86. }
  87. public static void forEachEntrySet() {
  88. Iterator var0 = map.entrySet().iterator();
  89. while(var0.hasNext()) {
  90. Entry var1 = (Entry)var0.next();
  91. System.out.println(var1.getKey() + ":" + (String)var1.getValue());
  92. }
  93. }
  94. //而 KeySet 的代码也是类似的,如下所示:
  95.  
  96. public static void keySet() {
  97. Iterator var0 = map.keySet().iterator();
  98. while(var0.hasNext()) {
  99. Integer var1 = (Integer)var0.next();
  100. System.out.println(var1 + ":" + (String)map.get(var1));
  101. }
  102. }
  103. public static void forEachKeySet() {
  104. Iterator var0 = map.keySet().iterator();
  105. while(var0.hasNext()) {
  106. Integer var1 = (Integer)var0.next();
  107. System.out.println(var1 + ":" + (String)map.get(var1));
  108. }
  109. }

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:

  1. public static void entrySet() {
  2. Iterator var0 = map.entrySet().iterator();
  3. while(var0.hasNext()) {
  4. Entry var1 = (Entry)var0.next();
  5. System.out.println(var1.getKey() + ":" + (String)var1.getValue());
  6. }
  7. }
  8. public static void forEachEntrySet() {
  9. Iterator var0 = map.entrySet().iterator();
  10. while(var0.hasNext()) {
  11. Entry var1 = (Entry)var0.next();
  12. System.out.println(var1.getKey() + ":" + (String)var1.getValue());
  13. }
  14. }

KeySet的代码也是类似的,如下所示:

  1. public static void keySet() {
  2. Iterator var0 = map.keySet().iterator();
  3. while(var0.hasNext()) {
  4. Integer var1 = (Integer)var0.next();
  5. System.out.println(var1 + ":" + (String)map.get(var1));
  6. }
  7. }
  8. public static void forEachKeySet() {
  9. Iterator var0 = map.keySet().iterator();
  10. while(var0.hasNext()) {
  11. Integer var1 = (Integer)var0.next();
  12. System.out.println(var1 + ":" + (String)map.get(var1));
  13. }
  14. }

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。

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keyvalue值都放入到了Entry对象中,因此再获取keyvalue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

  1. Iterator<Map.Entry<Integer, String>> iterator = map.entrySet().iterator();
  2. while (iterator.hasNext()) {
  3. Map.Entry<Integer, String> entry = iterator.next();
  4. if (entry.getKey() == 1) {
  5. // 删除
  6. System.out.println("del:" + entry.getKey());
  7. iterator.remove();
  8. } else {
  9. System.out.println("show:" + entry.getKey());
  10. }
  11. }

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

  1. for (Map.Entry<Integer, String> entry : map.entrySet()) {
  2. if (entry.getKey() == 1) {
  3. // 删除
  4. System.out.println("del:" + entry.getKey());
  5. map.remove(entry.getKey());
  6. } else {
  7. System.out.println("show:" + entry.getKey());
  8. }
  9. }

运行结果:

浅谈HashMap中7种遍历方式的性能分析

测试结果:For 循环中删除数据非安全。

6.3、Lambda 方式

  1. map.forEach((key, value) -> {
  2. if (key == 1) {
  3. System.out.println("del:" + key);
  4. map.remove(key);
  5. } else {
  6. System.out.println("show:" + key);
  7. }
  8. });

运行结果:

浅谈HashMap中7种遍历方式的性能分析

测试结果:Lambda 循环中删除数据非安全。

Lambda 删除的正确方式:

  1. // 根据 map 中的 key 去判断删除
  2. map.keySet().removeIf(key -> key == 1);
  3. map.forEach((key, value) -> {
  4. System.out.println("show:" + key);
  5. });

运行结果:

show:0

show:2

从上面的代码可以看出,可以先使用LambdaremoveIf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

  1. map.entrySet().stream().forEach((entry) -> {
  2. if (entry.getKey() == 1) {
  3. System.out.println("del:" + entry.getKey());
  4. map.remove(entry.getKey());
  5. } else {
  6. System.out.println("show:" + entry.getKey());
  7. }
  8. });

运行结果:

浅谈HashMap中7种遍历方式的性能分析

测试结果:Stream 循环中删除数据非安全。

Stream 循环的正确方式:

  1. map.entrySet().stream().filter(m -> 1 != m.getKey()).forEach((entry) -> {
  2. if (entry.getKey() == 1) {
  3. System.out.println("del:" + entry.getKey());
  4. } else {
  5. System.out.println("show:" + entry.getKey());
  6. }
  7. });

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服务器之家其它相关文章!

原文链接:https://www.cnblogs.com/Kevin-ZhangCG/p/14931992.html