HashMap 的 7 种遍历方式与性能分析！

Java技术架构 05-14 3084

前言：

现时姐妹们对“java迭代器遍历集合”大概比较注意，同学们都需要知道一些“java迭代器遍历集合”的相关资讯。那么小编同时在网络上收集了一些有关“java迭代器遍历集合””的相关资讯，希望姐妹们能喜欢，兄弟们快快来了解一下吧！

作者：Java中文社群

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：

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

public class HashMapTest {    public static void main(String[] args) {        // 创建并赋值 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());        }    }}

以上程序的执行结果为：

Java

JDK

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MyBatis framework

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2.迭代器 KeySet

public class HashMapTest {    public static void main(String[] args) {        // 创建并赋值 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");        // 遍历        Iterator<Integer> iterator = map.keySet().iterator();        while (iterator.hasNext()) {            Integer key = iterator.next();            System.out.println(key);            System.out.println(map.get(key));        }    }}

以上程序的执行结果为：

Java

JDK

Spring Framework

MyBatis framework

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3.ForEach EntrySet

public class HashMapTest {    public static void main(String[] args) {        // 创建并赋值 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");        // 遍历        for (Map.Entry<Integer, String> entry : map.entrySet()) {            System.out.println(entry.getKey());            System.out.println(entry.getValue());        }    }}

以上程序的执行结果为：

Java

JDK

Spring Framework

MyBatis framework

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4.ForEach KeySet

public class HashMapTest {    public static void main(String[] args) {        // 创建并赋值 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");        // 遍历        for (Integer key : map.keySet()) {            System.out.println(key);            System.out.println(map.get(key));        }    }}

以上程序的执行结果为：

Java

JDK

Spring Framework

MyBatis framework

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5.Lambda

public class HashMapTest {    public static void main(String[] args) {        // 创建并赋值 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");        // 遍历        map.forEach((key, value) -> {            System.out.println(key);            System.out.println(value);        });    }}

以上程序的执行结果为：

Java

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MyBatis framework

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6.Streams API 单线程

public class HashMapTest {    public static void main(String[] args) {        // 创建并赋值 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");        // 遍历        map.entrySet().stream().forEach((entry) -> {            System.out.println(entry.getKey());            System.out.println(entry.getValue());        });    }}

以上程序的执行结果为：

Java

JDK

Spring Framework

MyBatis framework

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7.Streams API 多线程

public class HashMapTest {    public static void main(String[] args) {        // 创建并赋值 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");        // 遍历        map.entrySet().parallelStream().forEach((entry) -> {            System.out.println(entry.getKey());            System.out.println(entry.getValue());        });    }}

以上程序的执行结果为：

MyBatis framework

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Java

JDK

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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：

<!--  --><dependency>    <groupId>org.openjdk.jmh</groupId>    <artifactId>jmh-core</artifactId>    <version>1.23</version></dependency><!--  --><dependency>    <groupId>org.openjdk.jmh</groupId>    <artifactId>jmh-generator-annprocess</artifactId>    <version>1.23</version>    <scope>provided</scope></dependency>

然后编写测试代码，如下所示：

@BenchmarkMode(Mode.AverageTime) // 测试完成时间@OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS)@Warmup(iterations = 2, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 预热 2 轮，每次 1s@Measurement(iterations = 5, time = 1, 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 HashMapCycleTest {    static Map<Integer, String> map = new HashMap() {{        // 添加数据        for (int i = 0; i < 100; 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();            Integer k = entry.getKey();            String v = entry.getValue();        }    }    @Benchmark    public void forEachEntrySet() {        // 遍历        for (Map.Entry<Integer, String> entry : map.entrySet()) {            Integer k = entry.getKey();            String v = entry.getValue();        }    }    @Benchmark    public void keySet() {        // 遍历        Iterator<Integer> iterator = map.keySet().iterator();        while (iterator.hasNext()) {            Integer k = iterator.next();            String v = map.get(k);        }    }    @Benchmark    public void forEachKeySet() {        // 遍历        for (Integer key : map.keySet()) {            Integer k = key;            String v = map.get(k);        }    }    @Benchmark    public void lambda() {        // 遍历        map.forEach((key, value) -> {            Integer k = key;            String v = map.get(k);        });    }    @Benchmark    public void streamApi() {        // 单线程遍历        map.entrySet().stream().forEach((entry) -> {            Integer k = entry.getKey();            String v = entry.getValue();        });    }    public void parallelStreamApi() {        // 多线程遍历        map.entrySet().parallelStream().forEach((entry) -> {            Integer k = entry.getKey();            String v = entry.getValue();        });    }}

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 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，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 lambda 表达式。

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

小结

因此我们应该尽量使用迭代器或 for 循环的 entrySet 遍历，或者是 stream 的方式。

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：

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());    }}

而通过迭代器和 for 循环遍历的 KeySet 代码也是一样的，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 在循环中创建了一个 Integer 的局部变量，并且值是从 map 对象中直接获取的。

所以通过上面测试结果可以看出，无论是通过迭代器方式还是 for 循环方式，最终的测试结果 EntrySet 的两个方法的性能都是相似的，而 KeySet 也是同理。

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

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

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

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

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

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：

// 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

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：

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 entrySet 的遍历方式，或者是 stream filter 的方式来遍历 HashMap。

来源：掘金链接：

本文地址：http://www.longkongtuishu.com/ca9deBmsCBVMGAFc.html

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