HashMap 的 7 种遍历方式与性能分析！一篇文章搞定

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：

1.迭代器（Iterator）方式遍历；

2.For Each 方式遍历；

3.Lambda 表达式遍历（JDK 1.8+）;

4.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：

1.使用迭代器（Iterator）EntrySet 的方式进行遍历；

2.使用迭代器（Iterator）KeySet 的方式进行遍历；

3.使用 For Each EntrySet 的方式进行遍历；

4.使用 For Each KeySet 的方式进行遍历；

5.使用 Lambda 表达式的方式进行遍历；

6.使用 Streams API 单线程的方式进行遍历；

7.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

publicclassHashMapTest{

publicstaticvoidmain(String[] args){

// 创建并赋值

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

publicclassHashMapTest{

publicstaticvoidmain(String[] args){

// 创建并赋值

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

publicclassHashMapTest{

publicstaticvoidmain(String[] args){

// 创建并赋值

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

publicclassHashMapTest{

publicstaticvoidmain(String[] args){

// 创建并赋值

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

publicclassHashMapTest{

publicstaticvoidmain(String[] args){

// 创建并赋值

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

publicclassHashMapTest{

publicstaticvoidmain(String[] args){

// 创建并赋值

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

publicclassHashMapTest{

publicstaticvoidmain(String[] args){

// 创建并赋值

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.jmh</groupId>

<artifactId>jmh-core</artifactId>

<version>1.23</version>

</dependency>



<dependency>

<groupId>org.openjdk.jmh</groupId>

<artifactId>jmh-generator-annprocess</artifactId>

<version>1.23</version>

<scope>provided</scope>

</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 3s

@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<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()

.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

}

@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();

}

}

@Benchmark

public void forEachEntrySet() {

// 遍历

for (Map.Entry<Integer, String> entry : map.entrySet()) {

Integer k = entry.getKey();

String v = entry.getValue();

}

}

@Benchmark

public void keySet() {

// 遍历

Iterator<Integer> iterator = map.keySet().iterator();

while (iterator.hasNext()) {

Integer k = iterator.next();

String v = map.get(k);

}

}

@Benchmark

public void forEachKeySet() {

// 遍历

for (Integer key : map.keySet()) {

Integer k = key;

String v = map.get(k);

}

}

@Benchmark

public void lambda() {

// 遍历

map.forEach((key, value) -> {

Integer k = key;

String v = map.get(k);

});

}

@Benchmark

public 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 Score 列表示平均执行时间，±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lambda表达式。

注：以上结果基于测试环境：JDK 1.8 / Mac mini (2018) / Idea 2020.1

小结

因此我们应该尽量使用迭代器或 for 循环的 entrySet 遍历，或者是stream的方式。

性能原理分析

要理解性能测试的结果，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，编译之后我们使用 Idea 打开字节码信息，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<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());

});

}

}

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，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());

}

}

而通过迭代器和for循环遍历的KeySet代码也是一样的，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));

}

}

可以看出KeySet在循环中创建了一个Integer的局部变量，并且值是从map对象中直接获取的。

所以通过上面测试结果可以看出，无论是通过迭代器方式还是 for 循环方式，最终的测试结果EntrySet的两个方法的性能都是相似的，而KeySet也是同理。

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<Map.Entry<Integer, String>> iterator = map.entrySet().iterator();

while (iterator.hasNext()) {

Map.Entry<Integer, String> 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()); }}复制代码

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()); }});复制代码

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entrySet的遍历方式，或者是stream filter的方式来遍历 HashMap。