java中HashMap的7种遍历方式与性能分析

1、遍历方式

1.1 迭代器 entryset

/**
 * 1. 迭代器 entryset
 */
@test
public void test1() {
    map<integer, string> map = new hashmap<>();
    map.put(1, "java");
    map.put(2, "javase");
    map.put(3, "javaee");
    map.put(4, "spring");
    map.put(5, "springmvc");
    map.put(6, "mybatis");

    iterator<map.entry<integer, string>> iterator = map.entryset().iterator();
    while (iterator.hasnext()) {
        map.entry<integer, string> entry = iterator.next();
        system.out.println(entry.getkey() + "：" + entry.getvalue());
    }
}

1.2 迭代器 keyset

/**
 * 2. 迭代器 keyset
 */
@test
public void test2() {
    map<integer, string> map = new hashmap<>();
    map.put(1, "java");
    map.put(2, "javase");
    map.put(3, "javaee");
    map.put(4, "spring");
    map.put(5, "springmvc");
    map.put(6, "mybatis");

    iterator<integer> iterator = map.keyset().iterator();
    while (iterator.hasnext()) {
        integer key = iterator.next();
        system.out.println(key + "：" + map.get(key));
    }
}

1.3 foreach entryset

/**
 * 3. foreach entryset
 */
@test
public void test3() {
    map<integer, string> map = new hashmap<>();
    map.put(1, "java");
    map.put(2, "javase");
    map.put(3, "javaee");
    map.put(4, "spring");
    map.put(5, "springmvc");
    map.put(6, "mybatis");

    for (map.entry<integer, string> entry : map.entryset()) {
        system.out.println(entry.getkey() + "：" + entry.getvalue());
    }
}

1.4 foreach keyset

/**
 * 4. foreach keyset
 */
@test
public void test4() {
    map<integer, string> map = new hashmap<>();
    map.put(1, "java");
    map.put(2, "javase");
    map.put(3, "javaee");
    map.put(4, "spring");
    map.put(5, "springmvc");
    map.put(6, "mybatis");

    for (integer key : map.keyset()) {
        system.out.println(key + "：" + map.get(key));
    }
}

1.5 lambda 表达式

/**
 * 5. lambda 表达式
 */
@test
public void test5() {
    map<integer, string> map = new hashmap<>();
    map.put(1, "java");
    map.put(2, "javase");
    map.put(3, "javaee");
    map.put(4, "spring");
    map.put(5, "springmvc");
    map.put(6, "mybatis");

    map.foreach((key, value) -> {
        system.out.println(key + "：" + value);
    });
}

1.6 stream api 单线程

/**
 * 6. stream api 单线程
 */
@test
public void test6() {
    map<integer, string> map = new hashmap<>();
    map.put(1, "java");
    map.put(2, "javase");
    map.put(3, "javaee");
    map.put(4, "spring");
    map.put(5, "springmvc");
    map.put(6, "mybatis");

    map.entryset().stream().foreach((entry) -> {
        system.out.println(entry.getkey() + "：" + entry.getvalue());
    });
}

1.7 stream api 多线程

/**
 * 7. stream api 多线程
 */
@test
public void test7() {
    map<integer, string> map = new hashmap<>();
    map.put(1, "java");
    map.put(2, "javase");
    map.put(3, "javaee");
    map.put(4, "spring");
    map.put(5, "springmvc");
    map.put(6, "mybatis");

    map.entryset().parallelstream().foreach((entry) -> {
        system.out.println(entry.getkey() + "：" + entry.getvalue());
    });
}

1.8 代码汇总

/**
 * hashmap 的 7 种遍历方式
 * @classname hashmaptraverse
 * @author yh
 * @date 2021/11/12
 * @version 1.0
 */
public class hashmaptraversetest {

    /**
     * 1. 迭代器 entryset
     */
    @test
    public void test1() {
        map<integer, string> map = new hashmap<>();
        map.put(1, "java");
        map.put(2, "javase");
        map.put(3, "javaee");
        map.put(4, "spring");
        map.put(5, "springmvc");
        map.put(6, "mybatis");

        iterator<map.entry<integer, string>> iterator = map.entryset().iterator();
        while (iterator.hasnext()) {
            map.entry<integer, string> entry = iterator.next();
            system.out.println(entry.getkey() + "：" + entry.getvalue());
        }
    }

    /**
     * 2. 迭代器 keyset
     */
    @test
    public void test2() {
        map<integer, string> map = new hashmap<>();
        map.put(1, "java");
        map.put(2, "javase");
        map.put(3, "javaee");
        map.put(4, "spring");
        map.put(5, "springmvc");
        map.put(6, "mybatis");

        iterator<integer> iterator = map.keyset().iterator();
        while (iterator.hasnext()) {
            integer key = iterator.next();
            system.out.println(key + "：" + map.get(key));
        }
    }

    /**
     * 3. foreach entryset
     */
    @test
    public void test3() {
        map<integer, string> map = new hashmap<>();
        map.put(1, "java");
        map.put(2, "javase");
        map.put(3, "javaee");
        map.put(4, "spring");
        map.put(5, "springmvc");
        map.put(6, "mybatis");

        for (map.entry<integer, string> entry : map.entryset()) {
            system.out.println(entry.getkey() + "：" + entry.getvalue());
        }
    }

    /**
     * 4. foreach keyset
     */
    @test
    public void test4() {
        map<integer, string> map = new hashmap<>();
        map.put(1, "java");
        map.put(2, "javase");
        map.put(3, "javaee");
        map.put(4, "spring");
        map.put(5, "springmvc");
        map.put(6, "mybatis");

        for (integer key : map.keyset()) {
            system.out.println(key + "：" + map.get(key));
        }
    }

    /**
     * 5. lambda 表达式
     */
    @test
    public void test5() {
        map<integer, string> map = new hashmap<>();
        map.put(1, "java");
        map.put(2, "javase");
        map.put(3, "javaee");
        map.put(4, "spring");
        map.put(5, "springmvc");
        map.put(6, "mybatis");

        map.foreach((key, value) -> {
            system.out.println(key + "：" + value);
        });
    }

    /**
     * 6. stream api 单线程
     */
    @test
    public void test6() {
        map<integer, string> map = new hashmap<>();
        map.put(1, "java");
        map.put(2, "javase");
        map.put(3, "javaee");
        map.put(4, "spring");
        map.put(5, "springmvc");
        map.put(6, "mybatis");

        map.entryset().stream().foreach((entry) -> {
            system.out.println(entry.getkey() + "：" + entry.getvalue());
        });
    }

    /**
     * 7. stream api 多线程
     */
    @test
    public void test7() {
        map<integer, string> map = new hashmap<>();
        map.put(1, "java");
        map.put(2, "javase");
        map.put(3, "javaee");
        map.put(4, "spring");
        map.put(5, "springmvc");
        map.put(6, "mybatis");

        map.entryset().parallelstream().foreach((entry) -> {
            system.out.println(entry.getkey() + "：" + entry.getvalue());
        });
    }
}

2、性能分析

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。

使用 jmh 进行性能基准测试

2.1 引入依赖

<!-- 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>

2.2 编写测试类

直接复制粘贴即可！

/**
 * @classname hashmapcycletest
 * @author yh
 * @date 2021/11/12
 * @version 1.0
 */
@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 {
    /**
     * 类加载时赋值
     */
    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()
                // 要导入的测试类
                .include(hashmapcycletest.class.getsimplename())
                // 输出测试结果的文件
                .output("d:/java/面试/workplace/interview/jmh-hashmap.log")
                .build();
        // 执行测试
        new runner(opt).run();
    }

    /**
     * 迭代器 entryset
     */
    @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();
        }
    }

    /**
     * foreach entryset
     */
    @benchmark
    public void foreachentryset() {
        // 遍历
        for (map.entry<integer, string> entry : map.entryset()) {
            integer k = entry.getkey();
            string v = entry.getvalue();
        }
    }

    /**
     * 迭代器 keyset
     */
    @benchmark
    public void keyset() {
        // 遍历
        iterator<integer> iterator = map.keyset().iterator();
        while (iterator.hasnext()) {
            integer k = iterator.next();
            string v = map.get(k);
        }
    }

    /**
     * foreach keyset
     */
    @benchmark
    public void foreachkeyset() {
        // 遍历
        for (integer key : map.keyset()) {
            integer k = key;
            string v = map.get(k);
        }
    }

    /**
     * lambda 表达式
     */
    @benchmark
    public void lambda() {
        // 遍历
        map.foreach((key, value) -> {
            integer k = key;
            string v = value;
        });
    }

    /**
     * stream api 单线程
     */
    @benchmark
    public void streamapi() {
        // 单线程遍历
        map.entryset().stream().foreach((entry) -> {
            integer k = entry.getkey();
            string v = entry.getvalue();
        });
    }

    /**
     * stream api 多线程
     * 这个不用测，可以肯定性能是最好的。
     * 如果把这个加入进测试了，理论上来说性能应该是最差的（已经测试过）
     * 为啥这么说？因为你本来就开了好几个线程来测试其他方法了，
     * 你这个方法还想再多搞几个线程来提升性能已经不可能了，线程都分配完了。
     * 线程上下文切换的时间会更长！！！所以不能一起测试！！！
     */
    public void parallelstreamapi() {
        // 多线程遍历
        map.entryset().parallelstream().foreach((entry) -> {
            integer k = entry.getkey();
            string v = entry.getvalue();
        });
    }
}

2.3 测试结果

运行程序，查看输出日志！

（1）第一次

（2）第二次

（3）第三次

2.4 分析

上图解释：测试结论{测试的方法（benchmark）、测试类型（mode）、测试总次数(cnt)、测试结果(score)、误差(error)、单位(units)}

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，lambda 和两个 entryset 的性能相近，接下来是 stream api 单线程，然后是 keyset，性能最差。

2.5 总结

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，当然，如果熟练 lambda 用 lambda 更好咯，毕竟代码简洁。

如果想深入了解为啥性能会差别这么大，建议查看字节码文件进行分析。或者是使用 javap -c 类名.class 进行反编译，查看底层的实现。

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