隨着 JDK 1.8 Streams API 的發佈，使得 HashMap 擁有了更多的遍歷的方式，但應該選擇那種遍歷方式？反而成了一個問題。

本文先從 HashMap 的遍歷方法講起，然後再從性能、原理以及安全性等方面，來分析 HashMap 各種遍歷方式的優勢與不足，本文主要內容如下圖所示：

HashMap遍歷

HashMap 遍歷從大的方向來說，可分爲以下 4 類：

迭代器（Iterator）方式遍歷；
For Each 方式遍歷；
Lambda 表達式遍歷（JDK 1.8+）;
Streams API 遍歷（JDK 1.8+）。

但每種類型下又有不同的實現方式，因此具體的遍歷方式又可以分爲以下 7 種：

使用迭代器（Iterator）EntrySet 的方式進行遍歷；
使用迭代器（Iterator）KeySet 的方式進行遍歷；
使用 For Each EntrySet 的方式進行遍歷；
使用 For Each KeySet 的方式進行遍歷；
使用 Lambda 表達式的方式進行遍歷；
使用 Streams API 單線程的方式進行遍歷；
使用 Streams API 多線程的方式進行遍歷。

接下來我們來看每種遍歷方式的具體實現代碼。

1.迭代器 EntrySet

    @Test
    public void testIterator() {
        // 創建並賦值 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, "Oracle Database");
        // 遍歷
        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());
        }
    }

運行結果：

2.迭代器 KeySet

    @Test
    public void testKeySet() {
        // 創建並賦值 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, "Test KeySet");
        // 遍歷
        Iterator<Integer> iterator = map.keySet().iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            Integer key = iterator.next();
            System.out.println(key + ":" + map.get(key));
        }
    }

運行結果：

3.ForEach EntrySet

    @Test
    public void testForEachEntrySet() {
        // 創建並賦值 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, "Test ForEach EntrySet");
        // 遍歷
        for (Map.Entry<Integer, String> entry : map.entrySet()) {
            System.out.println(entry.getKey() + ":" + entry.getValue());
        }
    }

運行結果：

4.ForEach KeySet

    @Test
    public void testForEachKeySet() {
        // 創建並賦值 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, "Test ForEach KeySet");
        // 遍歷
        for (Integer key : map.keySet()) {
            System.out.println(key + ":" + map.get(key));
        }
    }

運行結果：

5.Lambda

    @Test
    public void testLambda() {
        // 創建並賦值 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, "Test Lambda");
        // 遍歷
        map.forEach((key, value) -> {
            System.out.println(key + ":" + value);
        });
    }

運行結果：

6.Streams API 單線程

    @Test
    public void testStreamApi() {
        // 創建並賦值 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, "Test Stream API");
        // 遍歷
        map.entrySet().stream().forEach((entry) -> {
            System.out.println(entry.getKey() + ":" + entry.getValue());
        });
    }

運行結果：

7.Streams API 多線程

    @Test
    public void testParallelStreamApi() {
        // 創建並賦值 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, "Test Parallel Stream API");
        // 遍歷
        map.entrySet().parallelStream().forEach((entry) -> {
            System.out.println(entry.getKey() + ":" + entry.getValue());
        });
    }

運行結果：

性能分析

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 種循環的性能。

首先我們需要引入JMH框架，本次構建依賴使用工具爲Gradle，引入配置如下：

    implementation "org.openjdk.jmh:jmh-core:1.23"
    implementation "org.openjdk.jmh:jmh-generator-annprocess:1.23"

如果使用Maven，可引入如下配置：

<!-- 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>

編寫性能測試代碼如下：

/**
 * @version V1.0
 * @description HashMap 的 7 種遍歷方式+性能分析
 * @author  zhangzg
 * @date 2021/6/25 13:12
 */
//@BenchmarkMode(Mode.Throughput) // 測試類型：吞吐量
@BenchmarkMode(Mode.AverageTime) // 測試類型：平均消耗時間
//@OutputTimeUnit(TimeUnit.MILLISECONDS)
@OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS)
@Warmup(iterations = 4, time = 1, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 預熱 4 輪，每次 1s
@Measurement(iterations = 10, time = 3, timeUnit = TimeUnit.SECONDS) // 測試 10 輪，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 HashMapTest {

    static Map<Integer, String> map = new HashMap() {
        {
            for(int var1 = 0; var1 < 2; ++var1) {
                this.put(var1, "Kevin:" + var1);
            }

        }
    };

    public static void main(String[] args) throws RunnerException {
        // 啓動基準測試
        Options opt = new OptionsBuilder()
                .include(HashMapTest.class.getSimpleName()) // 要導入的測試類
                .output("E:/IDEAWorkSpaces/Test/src/main/java/com/kevin/performance/jmh-map2.log") // 輸出測試結果的文件
                .build();
        new Runner(opt).run(); // 執行測試
    }

    /**
     * Iterator遍歷 entrySet
     */
    @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();
        }
    }

    /**
     * Foreach遍歷 entrySet
     */
    @Benchmark
    public void forEachEntrySet() {
        // 遍歷
        for (Map.Entry<Integer, String> entry : map.entrySet()) {
            Integer k = entry.getKey();
            String v = entry.getValue();
        }
    }

    /**
     * Iterator遍歷 keySet
     */
    @Benchmark
    public void keySet() {
        Iterator<Integer> iterator = map.keySet().iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            Integer k = iterator.next();
            String v = map.get(k);
        }
    }

    /**
     * Foreach遍歷 keySet
     */
    @Benchmark
    public void forEachKeySet() {
        for (Integer key : map.keySet()) {
            Integer k = key;
            String v = map.get(k);
        }
    }

    /**
     * Lambda遍歷
     */
    @Benchmark
    public void lambda() {
        map.forEach((key, value) -> {
            Integer k = key;
            String v = value;
        });
    }

    /**
     * 單線程遍歷
     */
    @Benchmark
    public void streamApi() {
        map.entrySet().stream().forEach((entry) -> {
            Integer k = entry.getKey();
            String v = entry.getValue();
        });
    }

    /**
     * 多線程遍歷
     */
    public void parallelStreamApi() {
        map.entrySet().parallelStream().forEach((entry) -> {
            Integer k = entry.getKey();
            String v = entry.getValue();
        });
    }
}

所有被添加了 @Benchmark 註解的方法都會被測試（由於 parallelStream 爲多線程版本性能一定由於其他單線程，故不參與本次測試），測試結果如下：

其中 Units 爲 ns/op 意思是執行完成時間（單位爲納秒），而 Score 列爲平均執行時間， ± 符號表示誤差。從以上結果可以看出，兩個 entrySet 的性能相近，並且執行速度最快，接下來是 stream ，然後是兩個 keySet，性能最差的是 KeySet 。

結論

從以上結果可以看出 entrySet 的性能比 keySet 的性能高出了一倍之多，因此我們應該儘量使用 entrySet 來實現 Map 集合的遍歷。

字節碼分析

要理解以上的測試結果，我們需要把所有遍歷代碼通過 javac 編譯成字節碼來看具體的原因。

編譯後，我們使用 Idea 打開字節碼，內容如下：

public class HashMapTest {
    static Map<Integer, String> map = new HashMap() {
        {
            for(int var1 = 0; var1 < 2; ++var1) {
                this.put(var1, "Kevin:" + 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() + ":" + (String)var1.getValue());
        }
    }

    public static void keySet() {
        Iterator var0 = map.keySet().iterator();

        while(var0.hasNext()) {
            Integer var1 = (Integer)var0.next();
            System.out.println(var1 + ":" + (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() + ":" + (String)var1.getValue());
        }
    }

    public static void forEachKeySet() {
        Iterator var0 = map.keySet().iterator();

        while(var0.hasNext()) {
            Integer var1 = (Integer)var0.next();
            System.out.println(var1 + ":" + (String)map.get(var1));            
        }
    }

    public static void lambda() {
        map.forEach((var0, var1) -> {
            System.out.println(var0 + ":" + var1);            
        });
    }

    public static void streamApi() {
        map.entrySet().stream().forEach((var0) -> {
            System.out.println(var0.getKey() + ":" + (String)var0.getValue());
        });
    }

    public static void parallelStreamApi() {
        map.entrySet().parallelStream().forEach((var0) -> {
            System.out.println(var0.getKey() + ":" + (String)var0.getValue());
        });
    }
}

//從結果可以看出，除了 Lambda 和 Streams API 之外，通過迭代器循環和 for 循環的遍歷的 EntrySet 最終生成的代碼是一樣的，他們都是在循環中創建了一個遍歷對象 Entry ，代碼如下：

public static void entrySet() {
    Iterator var0 = map.entrySet().iterator();
    while(var0.hasNext()) {
        Entry var1 = (Entry)var0.next();
        System.out.println(var1.getKey() + ":" + (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() + ":" + (String)var1.getValue());
    }
}
//而 KeySet 的代碼也是類似的，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 + ":" + (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 + ":" + (String)map.get(var1));
    }
}

從結果可以看出，除了 Lambda 和 Streams API 之外，通過迭代器循環和 for 循環的遍歷的 EntrySet 最終生成的代碼是一樣的，他們都是在循環中創建了一個遍歷對象 Entry ，代碼如下：

public static void entrySet() {
    Iterator var0 = map.entrySet().iterator();
    while(var0.hasNext()) {
        Entry var1 = (Entry)var0.next();
        System.out.println(var1.getKey() + ":" + (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() + ":" + (String)var1.getValue());
    }
}

而 KeySet 的代碼也是類似的，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 + ":" + (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 + ":" + (String)map.get(var1));
    }
}

所以我們在使用迭代器或是 for 循環 EntrySet 時，他們的性能都是相同的，因爲他們最終生成的字節碼基本都是一樣的；同理 KeySet 的兩種遍歷方式也是類似的。

性能分析

EntrySet 之所以比 KeySet 的性能高是因爲，KeySet 在循環時使用了 map.get(key)，而 map.get(key) 相當於又遍歷了一遍 Map 集合去查詢 key 所對應的值。爲什麼要用“又”這個詞？那是因爲在使用迭代器或者 for 循環時，其實已經遍歷了一遍 Map 集合了，因此再使用 map.get(key) 查詢時，相當於遍歷了兩遍。

而 EntrySet 只遍歷了一遍 Map 集合，之後通過代碼“Entry<Integer, String> entry = iterator.next()”把對象的 key 和 value 值都放入到了 Entry 對象中，因此再獲取 key 和 value 值時就無需再遍歷 Map 集合，只需要從 Entry 對象中取值就可以了。

所以，EntrySet 的性能比 KeySet 的性能高出了一倍，因爲 KeySet 相當於循環了兩遍 Map 集合，而 EntrySet 只循環了一遍。

安全性測試

從上面的性能測試結果和原理分析，我想大家應該選用那種遍歷方式，已經心中有數的，而接下來我們就從「安全」的角度入手，來分析那種遍歷方式更安全。

我們把以上遍歷劃分爲四類進行測試：迭代器方式、For 循環方式、Lambda 方式和 Stream 方式，測試代碼如下。

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) {
        // 刪除
        System.out.println("del:" + entry.getKey());
        iterator.remove();
    } else {
        System.out.println("show:" + entry.getKey());
    }
}

運行結果：

show:0
del:1
show:2

測試結果：迭代器中循環刪除數據安全。

2.For 循環方式

for (Map.Entry<Integer, String> 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());
    }
}

運行結果：

測試結果：For 循環中刪除數據非安全。

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);
    }
});

運行結果：

測試結果：Lambda 循環中刪除數據非安全。

Lambda 刪除的正確方式：

// 根據 map 中的 key 去判斷刪除
map.keySet().removeIf(key -> key == 1);
map.forEach((key, value) -> {
    System.out.println("show:" + key);
});

運行結果：

show:0
show:2

從上面的代碼可以看出，可以先使用 Lambda 的 removeIf 刪除多餘的數據，再進行循環是一種正確操作集合的方式。

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());
    }
});

運行結果：

測試結果：Stream 循環中刪除數據非安全。

Stream 循環的正確方式：

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());
    }
});

運行結果：

show:0
show:2

從上面的代碼可以看出，可以使用 Stream 中的 filter 過濾掉無用的數據，再進行遍歷也是一種安全的操作集合的方式。

小結

我們不能在遍歷中使用集合 map.remove() 來刪除數據，這是非安全的操作方式，但我們可以使用迭代器的 iterator.remove() 的方法來刪除數據，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 來提前刪除數據，或者是使用 Stream 中的 filter 過濾掉要刪除的數據進行循環，這樣都是安全的，當然我們也可以在 for 循環前刪除數據在遍歷也是線程安全的。

總結

本文我們講了 HashMap 4 種遍歷方式：迭代器、for、lambda、stream，以及具體的 7 種遍歷方法，綜合性能和安全性來看，我們應該儘量使用迭代器（Iterator）來遍歷 EntrySet 的遍歷方式來操作 Map 集合，這樣就會既安全又高效了。

原文參考公衆號【Java知音】

HashMap 中7種遍歷方式的性能分析

HashMap遍歷

1.迭代器 EntrySet

2.迭代器 KeySet

3.ForEach EntrySet

4.ForEach KeySet

5.Lambda

6.Streams API 單線程

7.Streams API 多線程

性能分析

結論

字節碼分析

性能分析

安全性測試

1.迭代器方式

2.For 循環方式

3.Lambda 方式

4.Stream 方式

小結

總結

Docker搭建Mysql集羣

Docker教程學習筆記

Linux搭建ElasticSearch集羣

Centos 7 修改YUM鏡像源地址爲阿里雲鏡像地址

CentOS 7 安裝JDK 1.8 環境

https://yachay.unat.edu.pe/blog/index.php?comment_area=format_blog&comment_component=blog&comment_co

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