map迭代器遍历_一口气写了 HashMap 的 7种遍历方式,被同事夸了
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 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> iterator = map.entrySet().iterator();while (iterator.hasNext()) { Map.Entry entry = iterator.next(); System.out.println(entry.getKey()); System.out.println(entry.getValue()); } }}
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
2.迭代器 KeySet
public class HashMapTest { public static void main(String[] args) { // 创建并赋值 HashMap Map 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 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:
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) { // 创建并赋值 HashMap Map 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 entry : map.entrySet()) { System.out.println(entry.getKey()); System.out.println(entry.getValue()); } }}
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
public class HashMapTest { public static void main(String[] args) { // 创建并赋值 HashMap Map 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:
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) { // 创建并赋值 HashMap Map 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:
1
Java
2
JDK
3
Spring Framework
4
MyBatis framework
5
Java中文社群
6.Streams API 单线程
public class HashMapTest { public static void main(String[] args) { // 创建并赋值 HashMap Map 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:
1
Java
2
JDK
3
Spring Framework
4
MyBatis framework
5
Java中文社群
7.Streams API 多线程
public class HashMapTest { public static void main(String[] args) { // 创建并赋值 HashMap Map 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:
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:
<dependency> <groupId>org.openjdk.jmhgroupId> <artifactId>jmh-coreartifactId> <version>1.23version>dependency>
<dependency> <groupId>org.openjdk.jmhgroupId> <artifactId>jmh-generator-annprocessartifactId> <version>1.23version> <scope>providedscope>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 1s@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 map = new HashMap() {{ // 添加数据 for (int i = 0; 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 }@Benchmarkpublic void entrySet() {// 遍历 Iterator> iterator = map.entrySet().iterator();while (iterator.hasNext()) { Map.Entry entry = iterator.next(); Integer k = entry.getKey(); String v = entry.getValue(); } }@Benchmarkpublic void forEachEntrySet() {// 遍历for (Map.Entry entry : map.entrySet()) { Integer k = entry.getKey(); String v = entry.getValue(); } }@Benchmarkpublic void keySet() {// 遍历 Iterator iterator = map.keySet().iterator();while (iterator.hasNext()) { Integer k = iterator.next(); String v = map.get(k); } }@Benchmarkpublic void forEachKeySet() {// 遍历for (Integer key : map.keySet()) { Integer k = key; String v = map.get(k); } }@Benchmarkpublic void lambda() {// 遍历 map.forEach((key, value) -> { Integer k = key; String v = value; }); }@Benchmarkpublic 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 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:
//// 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 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
,代码如下:
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 KeySet
的代码也是类似的,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)); }}
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 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
Iterator> iterator = map.entrySet().iterator();while (iterator.hasNext()) { Map.Entry 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 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(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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