Java中Map的遍历方法及性能测试

1. 阐述

对于java中map的遍历方式，很多文章都推荐使用entryset，认为其比keyset的效率高很多。理由是：entryset方法一次拿到所有key和value的集合；而keyset拿到的只是key的集合，针对每个key，都要去map中额外查找一次value，从而降低了总体效率。那么实际情况如何呢？

为了解遍历性能的真实差距，包括在遍历key+value、遍历key、遍历value等不同场景下的差异，我试着进行了一些对比测试。

2. 对比测试

一开始只进行了简单的测试，但结果却表明keyset的性能更好，这一点让我很是费解，不都说entryset明显好于keyset吗？为了进一步地进行验证，于是采用了不同的测试数据进行更详细的对比测试。

2.1 测试数据

2.1.1 hashmap测试数据

hashmap-1，大小为100万，key和value均为string，key的值为1、2、3……1000000：

map<string, string> map = new hashmap<string, string>(); 
string key, value; 
for (i = 1; i <= num; i++) { 
    key = "" + i; 
    value = "value"; 
    map.put(key, value); 
}

hashmap-2，大小为100万，key和value均为string，key的值为50、100、150、200、……、50000000：

map<string, string> map = new hashmap<string, string>(); 
string key, value; 
for (i = 1; i <= num; i++) { 
    key = "" + (i * 50); 
    value = "value"; 
    map.put(key, value); 
}

2.1.2 treemap测试数据

treemap-1，大小为100万，key和value均为string，key的值为1、2、3……1000000：

map<string, string> map = new treemap<string, string>(); 
string key, value; 
for (i = 1; i <= num; i++) { 
    key = "" + i; 
    value = "value"; 
    map.put(key, value); 
}

treemap-2，大小为100万，key和value均为string，key的值为50、100、150、200、……、50000000，更离散：

map<string, string> map = new treemap<string, string>(); 
string key, value; 
for (i = 1; i <= num; i++) { 
    key = "" + (i * 50); 
    value = "value"; 
    map.put(key, value); 
}

2.2 测试场景

分别使用keyset、entryset和values的多种写法测试三种场景：遍历key+value、遍历key、遍历value的场景。

2.2.1 遍历key+value

keyset遍历key+value（写法1）：

iterator<string> iter = map.keyset().iterator(); 
while (iter.hasnext()) { 
    key = iter.next(); 
    value = map.get(key); 
}

keyset遍历key+value（写法2）：

for (string key : map.keyset()) { 
    value = map.get(key); 
}

entryset遍历key+value（写法1）：

iterator<entry<string, string>> iter = map.entryset().iterator(); 
entry<string, string> entry; 
while (iter.hasnext()) { 
    entry = iter.next(); 
    key = entry.getkey(); 
    value = entry.getvalue(); 
}

entryset遍历key+value（写法2）：

for (entry<string, string> entry: map.entryset()) { 
    key = entry.getkey(); 
    value = entry.getvalue(); 
}

2.2.2 遍历key

keyset遍历key（写法1）：

iterator<string> iter = map.keyset().iterator(); 
while (iter.hasnext()) { 
    key = iter.next(); 
}

keyset遍历key（写法2）：

for (string key : map.keyset()) { 
}

entryset遍历key（写法1）：

iterator<entry<string, string>> iter = map.entryset().iterator();  
while (iter.hasnext()) { 
    key = iter.next().getkey(); 
}

entryset遍历key（写法2）：

for (entry<string, string> entry: map.entryset()) { 
    key = entry.getkey(); 
}

2.2.3 遍历value

keyset遍历value（写法1）：

iterator<string> iter = map.keyset().iterator(); 
while (iter.hasnext()) { 
    value = map.get(iter.next()); 
}

keyset遍历value（写法2）：

for (string key : map.keyset()) { 
    value = map.get(key); 
}

entryset遍历value（写法1）：

iterator<entry<string, string>> iter = map.entryset().iterator(); 
while (iter.hasnext()) { 
value = iter.next().getvalue(); 
}

entryset遍历value（写法2）：

for (entry<string, string> entry: map.entryset()) { 
    value = entry.getvalue(); 
}

values遍历value（写法1）：

iterator<string> iter = map.values().iterator(); 
while (iter.hasnext()) { 
value = iter.next(); 
}

values遍历value（写法2）：

for (string value : map.values()) { 
}

2.3 测试结果

2.3.1 hashmap测试结果

单位：毫秒	hashmap-1	hashmap-2
keyset遍历key+value（写法1）	39	93
keyset遍历key+value（写法2）	38	87
entryset遍历key+value（写法1）	43	86
entryset遍历key+value（写法2）	43	85

单位：毫秒	hashmap-1	hashmap-2
keyset遍历key（写法1）	27	65
keyset遍历key（写法2）	26	64
entryset遍历key（写法1）	35	75
entryset遍历key（写法2）	34	74

单位：毫秒	hashmap-1	hashmap-2
keyset遍历value（写法1）	38	87
keyset遍历value（写法2）	37	87
entryset遍历value（写法1）	34	61
entryset遍历value（写法2）	32	62
values遍历value（写法1）	26	48
values遍历value（写法2）	26	48

2.3.2 treemap测试结果

单位：毫秒	treemap-1	treemap-2
keyset遍历key+value（写法1）	430	451
keyset遍历key+value（写法2）	429	450
entryset遍历key+value（写法1）	77	84
entryset遍历key+value（写法2）	70	68

单位：毫秒	treemap-1	treemap-2
keyset遍历key（写法1）	50	49
keyset遍历key（写法2）	49	48
entryset遍历key（写法1）	66	64
entryset遍历key（写法2）	65	63

单位：毫秒	treemap-1	treemap-2
keyset遍历value（写法1）	432	448
keyset遍历value（写法2）	430	448
entryset遍历value（写法1）	62	61
entryset遍历value（写法2）	62	61
values遍历value（写法1）	46	46
values遍历value（写法2）	45	46

3. 结论

3.1 如果你使用hashmap

1.同时遍历key和value时，keyset与entryset方法的性能差异取决于key的具体情况，如复杂度（复杂对象）、离散度、冲突率等。换言之，取决于hashmap查找value的开销。entryset一次性取出所有 key和value的操作是有性能开销的，当这个损失小于hashmap查找value的开销时，entryset的性能优势就会体现出来。例如上述对比测试中，当key是最简单的数值字符串时，keyset可能反而会更高效，耗时比entryset少10%。总体来说还是推荐使用entryset。因为当key很简单时，其性能或许会略低于keyset，但却是可控的；而随着key的复杂化，entryset的优势将会明显体现出来。当然，我们可以根据实际情况进行选择
2.只遍历key时，keyset方法更为合适，因为entryset将无用的value也给取出来了，浪费了性能和空间。在上述测试结果中，keyset比entryset方法耗时少23%。
3.只遍历value时，使用vlaues方法是最佳选择，entryset会略好于keyset方法。
4.在不同的遍历写法中，推荐使用如下写法，其效率略高一些：

for (string key : map.keyset()) { 
    value = map.get(key); 
}
 

for (entry<string, string> entry: map.entryset()) { 
    key = entry.getkey(); 
    value = entry.getvalue(); 
}
for (string value : map.values()) { 
}

3.2 如果你使用treemap

1.同时遍历key和value时，与hashmap不同，entryset的性能远远高于keyset。这是由treemap的查询效率决定的，也就是说，treemap查找value的开销较大，明显高于entryset一次性取出所有key和value的开销。因此，遍历treemap时强烈推荐使用entryset方法。
2.只遍历key时，keyset方法更为合适，因为entryset将无用的value也给取出来了，浪费了性能和空间。在上述测试结果中，keyset比entryset方法耗时少24%。
3.只遍历value时，使用vlaues方法是最佳选择，entryset也明显优于keyset方法。
4.在不同的遍历写法中，推荐使用如下写法，其效率略高一些：

for (string key : map.keyset()) { 
    value = map.get(key); 
}
for (entry<string, string> entry: map.entryset()) { 
    key = entry.getkey(); 
    value = entry.getvalue(); 
}
for (string value : map.values()) { 
}