隨著 JDK 1.8 Streams API 的發(fā)布,使得 HashMap 擁有了更多的遍歷的方式词裤,但應該選擇那種遍歷方式刺洒?反而成了一個問題鳖宾。
本文先從 HashMap 的遍歷方法講起,然后再從性能逆航、原理以及安全性等方面鼎文,來分析 HashMap 各種遍歷方式的優(yōu)勢與不足,本文主要內(nèi)容如下圖所示:
HashMap 遍歷
HashMap遍歷從大的方向來說因俐,可分為以下 4 類:
1.迭代器(Iterator)方式遍歷拇惋;
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+)抹剩。
但每種類型下又有不同的實現(xiàn)方式蚤假,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 的方式進行遍歷吧兔;
3.使用 For Each EntrySet 的方式進行遍歷;
4.使用 For Each KeySet 的方式進行遍歷袍嬉;
5.使用 Lambda 表達式的方式進行遍歷境蔼;
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伺通。
接下來我們來看每種遍歷方式的具體實現(xiàn)代碼箍土。
1.迭代器?EntrySet
publicclassHashMapTest{
?publicstaticvoidmain(String[] args){
// 創(chuàng)建并賦值
HashMapMap map =newHashMap();
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> iterator = map.entrySet().iterator();
while(iterator.hasNext()) {
Map.Entry entry = iterator.next();
System.out.println(entry.getKey());
System.out.println(entry.getValue());
}
}
}
以上程序的執(zhí)行結(jié)果為:
1
Java
2
JDK
3
Spring Framework
4
MyBatis framework
5
Java中文社群
2.迭代器 KeySet
publicclassHashMapTest{
publicstaticvoidmain(String[] args){
// 創(chuàng)建并賦值
HashMapMap map =newHashMap()
?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 iterator = map.keySet().iterator();
while(iterator.hasNext()) {? ? ? ? ? ?
Integer key = iterator.next();? ? ? ? ? ?
System.out.println(key);? ? ? ? ? ?
System.out.println(map.get(key));? ? ?
? }? ?
}
}
以上程序的執(zhí)行結(jié)果為:
1
Java
2
JDK
3
Spring Framework
4
MyBatis framework
5
Java中文社群
3.ForEach?EntrySet
publicclassHashMapTest{
publicstaticvoidmain(String[] args){
// 創(chuàng)建并賦值
HashMapMap map =newHashMap();? ? ? ?
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 entry : map.entrySet()) {? ? ? ? ? ?
System.out.println(entry.getKey());? ? ? ? ? ?
System.out.println(entry.getValue());? ? ? ?
}? ?
}
}
以上程序的執(zhí)行結(jié)果為:
1
Java
2
JDK
3
Spring Framework
4
MyBatis framework
5
Java中文社群
4.ForEach KeySet
publicclassHashMapTest{
publicstaticvoidmain(String[] args){
// 創(chuàng)建并賦值
HashMapMap map =newHashMap();? ? ? ?
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));? ? ? ?
}? ?
}
}
以上程序的執(zhí)行結(jié)果為:
1
Java
2
JDK
3
Spring Framework
4
MyBatis framework
5
Java中文社群
5.Lambda
publicclassHashMapTest{
publicstaticvoidmain(String[] args){
// 創(chuàng)建并賦值
HashMapMap map =newHashMap();? ? ? ?
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);? ? ?
? });?
? }
}
以上程序的執(zhí)行結(jié)果為:
1
Java
2
JDK
3
Spring Framework
4
MyBatis framework
5
Java中文社群
6.Streams API 單線程
publicclassHashMapTest{
publicstaticvoidmain(String[] args){
// 創(chuàng)建并賦值
HashMapMap map =newHashMap();? ? ? ?
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());? ? ? ?
});? ?
}
}
以上程序的執(zhí)行結(jié)果為:
1
Java
2
JDK
3
Spring Framework
4
MyBatis framework
5
Java中文社群
7.Streams API 多線程
publicclassHashMapTest{
publicstaticvoidmain(String[] args){
// 創(chuàng)建并賦值
HashMapMap map =newHashMap();? ? ? ?
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());? ? ? ?
});? ?
}
}
以上程序的執(zhí)行結(jié)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 種循環(huán)的性能罐监。
首先吴藻,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>
然后編寫測試代碼弓柱,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 輪沟堡,每次 1s
@Measurement(iterations = 5, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 測試 5 輪矢空,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(shù)據(jù)
? ? ? ? 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(jié)果的文件
? ? ? ? ? ? ? ? .build();
? ? ? ? new Runner(opt).run(); // 執(zhí)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();
? ? ? ? });
? ? }
}
所有被添加了@Benchmark注解的方法都會被測試航罗,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屁药,其他 6 個方法的測試結(jié)果如下:
其中 Score 列表示平均執(zhí)行時間粥血,±符號表示誤差。從以上結(jié)果可以看出酿箭,兩個entrySet的性能相近复亏,并且執(zhí)行速度最快,接下來是stream缭嫡,然后是兩個keySet缔御,性能最差的是lambda表達式。
注:以上結(jié)果基于測試環(huán)境:JDK 1.8 / Mac mini (2018) / Idea 2020.1
小結(jié)
因此我們應該盡量使用迭代器或 for 循環(huán)的 entrySet 遍歷械巡,或者是stream的方式刹淌。
性能原理分析
要理解性能測試的結(jié)果饶氏,我們需要把所有遍歷代碼通過javac,編譯成字節(jié)碼來看具體的原因有勾,編譯之后我們使用 Idea 打開字節(jié)碼信息疹启,內(nèi)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());
? ? ? ? });
? ? }
}
從結(jié)果可以看出,除了 Lambda 和 Streams API 之外蔼卡,通過迭代器循環(huán)和for循環(huán)的遍歷的EntrySet最終生成的代碼是一樣的喊崖,他們都是在循環(huán)中創(chuàng)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());
? ? }
}
而通過迭代器和for循環(huán)遍歷的KeySet代碼也是一樣的雇逞,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在循環(huán)中創(chuàng)建了一個Integer的局部變量荤懂,并且值是從map對象中直接獲取的。
所以通過上面測試結(jié)果可以看出塘砸,無論是通過迭代器方式還是 for 循環(huán)方式节仿,最終的測試結(jié)果EntrySet的兩個方法的性能都是相似的,而KeySet也是同理掉蔬。
安全性測試
從上面的性能測試結(jié)果和原理分析廊宪,我想大家應該選用那種遍歷方式,已經(jīng)心中有數(shù)的女轿,而接下來我們就從「安全」的角度入手箭启,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:迭代器方式蛉迹、For 循環(huán)方式傅寡、Lambda 方式和 Stream 方式,測試代碼如下北救。
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());
? ? }
}
以上程序的執(zhí)行結(jié)果:
show:0
del:1
show:2
測試結(jié)果:迭代器中循環(huán)刪除數(shù)據(jù)安全荐操。
2.For 循環(huán)方式
for(Map.Entry 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());? ? }}復制代碼
以上程序的執(zhí)行結(jié)果:
測試結(jié)果:For 循環(huán)中刪除數(shù)據(jù)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);
? ? }
});
以上程序的執(zhí)行結(jié)果:
測試結(jié)果:Lambda 循環(huán)中刪除數(shù)據(jù)非安全扭倾。
Lambda 刪除的正確方式:
// 根據(jù) map 中的 key 去判斷刪除
map.keySet().removeIf(key -> key == 1);
map.forEach((key, value) -> {
? ? System.out.println("show:" + key);
});
以上程序的執(zhí)行結(jié)果:
show:0
show:2
從上面的代碼可以看出淀零,可以先使用Lambda的removeIf刪除多余的數(shù)據(jù),再進行循環(huán)是一種正確操作集合的方式膛壹。
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());? ? }});復制代碼
以上程序的執(zhí)行結(jié)果:
測試結(jié)果:Stream 循環(huán)中刪除數(shù)據(jù)非安全驾中。
Stream 循環(huán)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());
? ? }
});
以上程序的執(zhí)行結(jié)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(shù)據(jù)模聋,再進行遍歷也是一種安全的操作集合的方式肩民。
小結(jié)
我們不能在遍歷中使用集合map.remove()來刪除數(shù)據(jù),這是非安全的操作方式链方,但我們可以使用迭代器的iterator.remove()的方法來刪除數(shù)據(jù)持痰,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(shù)據(jù)祟蚀,或者是使用 Stream 中的filter過濾掉要刪除的數(shù)據(jù)進行循環(huán)工窍,這樣都是安全的割卖,當然我們也可以在for循環(huán)前刪除數(shù)據(jù)在遍歷也是線程安全的。
總結(jié)
本文我們講了 HashMap 4 種遍歷方式:迭代器患雏、for鹏溯、lambda、stream淹仑,以及具體的 7 種遍歷方法丙挽,綜合性能和安全性來看,我們應該盡量使用迭代器entrySet的遍歷方式匀借,或者是stream filter的方式來遍歷 HashMap颜阐。