一、引言
我们知道java hashmap的扩容是有成本的，为了减少扩容的次数和成本，可以给hashmap设置初始容量大小，如下所示：
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hashmap<string, integer=""> map0 = new hashmap<string, integer="">(100000); |
但是在实际使用的过程中，发现性能不但没有提升，反而显著下降了！代码里对hashmap的操作也只有遍历了，看来是遍历出了问题，于是做了一番测试，得到如下结果：
hashmap的迭代器遍历性能与 initial capacity 有关，与size无关
二、迭代器测试
贴上测试代码：
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public class mapforeachtest { public static void main(string[] args) { hashmap<string, integer=""> map0 = new hashmap<string, integer="">(100000); initdataandprint(map0); hashmap<string, integer=""> map1 = new hashmap<string, integer="">(); initdataandprint(map1); } private static void initdataandprint(hashmap map) { initdata(map); long start = system.currenttimemillis(); for (int i = 0; i < 100; i++) { foreach(map); } long end = system.currenttimemillis(); system.out.println(""); system.out.println("hashmap size: " + map.size() + " 耗时: " + (end - start) + " ms"); } private static void foreach(hashmap map) { for (iterator<map.entry<string, integer="">> it = map.entryset().iterator(); it.hasnext();){ map.entry<string, integer=""> item = it.next(); system.out.print(item.getkey()); // do something } } private static void initdata(hashmap map) { map.put("a", 0); map.put("b", 1); map.put("c", 2); map.put("d", 3); map.put("e", 4); map.put("f", 5); }} |
这是运行结果：
我们将第一个map初始化10w大小，第二个map不指定大小(实际16)，两个存储相同的数据，但是用迭代器遍历100次的时候发现性能迥异，一个36ms一个4ms，实际上性能差距更大，这里的4ms是600次system.out.print的耗时，这里将print注掉再试下
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for (iterator<map.entry<string, integer="">> it = map.entryset().iterator(); it.hasnext();){ map.entry<string, integer=""> item = it.next(); // system.out.print(item.getkey()); // do something} |
输出结果如下：
可以发现第二个map耗时几乎为0，第一个达到了28ms，遍历期间没有进行任何操作，既然石锤了和 initial capacity 有关，下一步我们去看看为什么会这样，找找map迭代器的源码看看。
三、迭代器源码探究
我们来看看map.entryset().iterator()的源码；
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public final iterator<map.entry<k,v>> iterator() { return new entryiterator();} |
其中entryiterator是hashmap的内部抽象类，源码并不多，我全部贴上来并附上中文注释
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abstract class hashiterator { // 下一个node node<k,v> next; // next entry to return // 当前node node<k,v> current; // current entry // 预期的map大小，也就是说每个hashmap可以有多个迭代器(每次调用 iterator() 会new 一个迭代器出来)，但是只能有一个迭代器对他remove，否则会直接报错(快速失败) int expectedmodcount; // for fast-fail // 当前节点所在的数组下标，hashmap内部是使用数组来存储数据的，不了解的先去看看hashmap的源码吧 int index; // current slot hashiterator() { // 初始化 expectedmodcount expectedmodcount = modcount; // 浅拷贝一份map的数据 node<k,v>[] t = table; current = next = null; index = 0; // 如果 map 中数据不为空，遍历数组找到第一个实际存储的素，赋值给next if (t != null && size > 0) { // advance to first entry do {} while (index < t.length && (next = t[index++]) == null); } } public final boolean hasnext() { return next != null; } final node<k,v> nextnode() { // 用来浅拷贝table，和别名的作用差不多，没啥用 node<k,v>[] t; // 定义一个e指存储next，并在找到下一值时返它自己 node<k,v> e = next; if (modcount != expectedmodcount) throw new concurrentmodificationexception(); if (e == null) throw new nosuchelementexception(); // 使current指向e，也就是next，这次要找的值，并且让next = current.next，一般为null if ((next = (current = e).next) == null && (t = table) != null) { do {} while (index < t.length && (next = t[index++]) == null); } return e; } /** * 删除元素，这里不讲了，调的是hashmap的removenode，没啥特别的 **/ public final void remove() { node<k,v> p = current; if (p == null) throw new illegalstateexception(); if (modcount != expectedmodcount) throw new concurrentmodificationexception(); current = null; k key = p.key; removenode(hash(key), key, null, false, false); // 用来保证快速失败的 expectedmodcount = modcount; }} |
上面的代码一看就明白了，迭代器每次寻找下一个元素都会去遍历数组，如果 initial capacity 特别大的话，也就是说 threshold 也大，table.length就大，所以遍历比较耗性能。
table数组的大小设置是在resize()方法里：
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node<k,v>[] newtab = (node<k,v>[])new node[newcap];table = newtab; |
四、其他遍历方法
注意代码里我们用的是map.entryset().iterator()，实际上和keys().iterator(), values().iterator() 一样，源码如下：
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final class keyiterator extends hashiterator implements iterator<k> { public final k next() { return nextnode().key; }}final class valueiterator extends hashiterator implements iterator<v> { public final v next() { return nextnode().value; }}final class entryiterator extends hashiterator implements iterator<map.entry<k,v>> { public final map.entry<k,v> next() { return nextnode(); }} |
这两个就不分析了，性能一样。
实际使用中对集合的遍历还有几种方法：
- 普通for循环+下标
- 增强型for循环
- map.foreach
- stream.foreach
普通for循环+下标的方法不适用于map，这里不讨论了。
4.1、增强型for循环
增强行for循环实际上是通过迭代器来实现的，我们来看两者的联系
源码：
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private static void foreach(hashmap map) { for (iterator<map.entry<string, integer="">> it = map.entryset().iterator(); it.hasnext();){ map.entry<string, integer=""> item = it.next(); system.out.print(item.getkey()); // do something }}private static void foreach0(hashmap<string, integer=""> map) { for (map.entry entry : map.entryset()) { system.out.print(entry.getkey()); }} |
编译后的字节码：
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// access flags 0xa private static foreach(ljava/util/hashmap;)v l0 linenumber 41 l0 aload 0 invokevirtual java/util/hashmap.entryset ()ljava/util/set; invokeinterface java/util/set.iterator ()ljava/util/iterator; (itf) astore 1 l1 frame append [java/util/iterator] aload 1 invokeinterface java/util/iterator.hasnext ()z (itf) ifeq l2 l3 linenumber 42 l3 aload 1 invokeinterface java/util/iterator.next ()ljava/lang/object; (itf) checkcast java/util/map$entry astore 2 l4 linenumber 43 l4 getstatic java/lang/system.out : ljava/io/printstream; aload 2 invokeinterface java/util/map$entry.getkey ()ljava/lang/object; (itf) checkcast java/lang/string invokevirtual java/io/printstream.print (ljava/lang/string;)v l5 linenumber 45 l5 goto l1 l2 linenumber 46 l2 frame chop 1 return l6 localvariable item ljava/util/map$entry; l4 l5 2 // signature ljava/util/map$entry<ljava lang="" string;ljava="" integer;="">; // declaration: item extends java.util.map$entry<java.lang.string, java.lang.integer=""> localvariable it ljava/util/iterator; l1 l2 1 // signature ljava/util/iterator<ljava util="" map$entry<ljava="" lang="" string;ljava="" integer;="">;>; // declaration: it extends java.util.iterator<java.util.map$entry<java.lang.string, java.lang.integer="">> localvariable map ljava/util/hashmap; l0 l6 0 maxstack = 2 maxlocals = 3 // access flags 0xa // signature (ljava/util/hashmap<ljava lang="" string;ljava="" integer;="">;)v // declaration: void foreach0(java.util.hashmap<java.lang.string, java.lang.integer="">) private static foreach0(ljava/util/hashmap;)v l0 linenumber 50 l0 aload 0 invokevirtual java/util/hashmap.entryset ()ljava/util/set; invokeinterface java/util/set.iterator ()ljava/util/iterator; (itf) astore 1 l1 frame append [java/util/iterator] aload 1 invokeinterface java/util/iterator.hasnext ()z (itf) ifeq l2 aload 1 invokeinterface java/util/iterator.next ()ljava/lang/object; (itf) checkcast java/util/map$entry astore 2 l3 linenumber 51 l3 getstatic java/lang/system.out : ljava/io/printstream; aload 2 invokeinterface java/util/map$entry.getkey ()ljava/lang/object; (itf) invokevirtual java/io/printstream.print (ljava/lang/object;)v l4 linenumber 52 l4 goto l1 l2 linenumber 53 l2 frame chop 1 return l5 localvariable entry ljava/util/map$entry; l3 l4 2 localvariable map ljava/util/hashmap; l0 l5 0 // signature ljava/util/hashmap<ljava lang="" string;ljava="" integer;="">; // declaration: map extends java.util.hashmap<java.lang.string, java.lang.integer=""> maxstack = 2 maxlocals = 3 |
都不用耐心观察，两个方法的字节码除了局部变量不一样其他都几乎一样，由此可以得出增强型for循环性能与迭代器一样，实际运行结果也一样，我不展示了，感兴趣的自己去copy文章开头和结尾的代码试下。
4.2、map.foreach
先说一下为什么不把各种方法一起运行同时打印性能，这是因为cpu缓存的原因和jvm的一些优化会干扰到性能的判断，附录全部测试结果有说明
直接来看源码吧
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@overridepublic void foreach(biconsumer<!--? super k, ? super v--> action) { node<k,v>[] tab; if (action == null) throw new nullpointerexception(); if (size > 0 && (tab = table) != null) { int mc = modcount; for (int i = 0; i < tab.length; ++i) { for (node<k,v> e = tab[i]; e != null; e = e.next) action.accept(e.key, e.value); } if (modcount != mc) throw new concurrentmodificationexception(); }} |
很简短的源码，就不打注释了，从源码我们不难获取到以下信息：
- 该方法也是快速失败的，遍历期间不能删除元素
- 需要遍历整个数组
- biconsumer加了@functionalinterface注解，用了 lambda
第三点和性能无关，这里只是提下
通过以上信息我们能确定这个性能与table数组的大小有关。
但是在实际测试的时候却发现性能比迭代器差了不少：
4.3、stream.foreach
stream与map.foreach的共同点是都使用了lambda表达式。但两者的源码没有任何复用的地方。
不知道你有没有看累，先上测试结果吧：
耗时比map.foreach还要高点。
下面讲讲straam.foreach顺序流的源码，这个也不复杂，不过累的话先去看看总结吧。
stream.foreach的执行者是分流器，hashmap的分流器源码就在hashmap类中，是一个静态内部类，类名叫 entryspliterator
下面是顺序流执行的方法
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public void foreachremaining(consumer<!--? super map.entry<k,v-->> action) { int i, hi, mc; if (action == null) throw new nullpointerexception(); hashmap<k,v> m = map; node<k,v>[] tab = m.table; if ((hi = fence) < 0) { mc = expectedmodcount = m.modcount; hi = fence = (tab == null) ? 0 : tab.length; } else mc = expectedmodcount; if (tab != null && tab.length >= hi && (i = index) >= 0 && (i < (index = hi) || current != null)) { node<k,v> p = current; current = null; do { if (p == null) p = tab[i++]; else { action.accept(p); p = p.next; } } while (p != null || i < hi); if (m.modcount != mc) throw new concurrentmodificationexception(); }} |
从以上源码中我们也可以轻易得出遍历需要顺序扫描所有数组
五、总结
至此，map的四种遍历方法都测试完了，我们可以简单得出两个结论
- map的遍历性能与内部table数组大小有关，也就是说与常用参数 initial capacity 有关，不管哪种遍历方式都是的
- 性能（由高到低）：迭代器 == 增强型for循环 > map.foreach > stream.foreach
这里就不说什么多少倍多少倍的性能差距了，抛开数据集大小都是扯淡，当我们不指定initial capacity的时候，四种遍历方法耗时都是3ms，这3ms还是输入输出流的耗时，实际遍历耗时都是0，所以数据集不大的时候用哪种都无所谓，就像不加输入输出流耗时不到1ms一样，很多时候性能消耗是在遍历中的业务操作，这篇文章不是为了让你去优化代码把foreach改成迭代器的，在大多数场景下并不需要关注迭代本身的性能，stream与lambda带来的可读性提升更加重要。
所以此文的目的就当是知识拓展吧，除了以上说到的遍历性能问题，你还应该从中能获取到的知识点有：
- hashmap的数组是存储在table数组里的
- table数组是resize方法初始化的，new map不会初始化数组
- map遍历是table数组从下标0递增排序的，所以他是无序的
- keyset().iterator，values.iterator， entryset.iterator 来说没有本质区别，用的都是同一个迭代器
- 各种遍历方法里，只有迭代器可以remove，虽然增强型for循环底层也是迭代器，但这个语法糖隐藏了 remove 方法
- 每次调用迭代器方法都会new 一个迭代器，但是只有一个可以修改
- map.foreach与stream.foreach看上去一样，实际实现是不一样的
附：四种遍历源码
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private static void foreach(hashmap map) { for (iterator<map.entry<string, integer="">> it = map.entryset().iterator(); it.hasnext();){ map.entry<string, integer=""> item = it.next(); // system.out.print(item.getkey()); // do something }}private static void foreach0(hashmap<string, integer=""> map) { for (map.entry entry : map.entryset()) { system.out.print(entry.getkey()); }}private static void foreach1(hashmap<string, integer=""> map) { map.foreach((key, value) -> { system.out.print(key); });}private static void foreach2(hashmap<string, integer=""> map) { map.entryset().stream().foreach(e -> { system.out.print(e.getkey()); });} |
附：完整测试类与测试结果+一个奇怪的问题
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public class mapforeachtest { public static void main(string[] args) { hashmap<string, integer=""> map0 = new hashmap<string, integer="">(100000); hashmap<string, integer=""> map1 = new hashmap<string, integer="">(); initdata(map0); initdata(map1); testiterator(map0); testiterator(map1); testfor(map0); testfor(map1); testmapforeach(map0); testmapforeach(map1); testmapstreamforeach(map0); testmapstreamforeach(map1); } private static void testiterator(hashmap map) { long start = system.currenttimemillis(); for (int i = 0; i < 100; i++) { foreach(map); } long end = system.currenttimemillis(); system.out.println(""); system.out.println("hashmap size: " + map.size() + " 迭代器 耗时: " + (end - start) + " ms"); } private static void testfor(hashmap map) { long start = system.currenttimemillis(); for (int i = 0; i < 100; i++) { foreach0(map); } long end = system.currenttimemillis(); system.out.println(""); system.out.println("hashmap size: " + map.size() + " 增强型for 耗时: " + (end - start) + " ms"); } private static void testmapforeach(hashmap map) { long start = system.currenttimemillis(); for (int i = 0; i < 100; i++) { foreach1(map); } long end = system.currenttimemillis(); system.out.println(""); system.out.println("hashmap size: " + map.size() + " mapforeach 耗时: " + (end - start) + " ms"); } private static void testmapstreamforeach(hashmap map) { long start = system.currenttimemillis(); for (int i = 0; i < 100; i++) { foreach2(map); } long end = system.currenttimemillis(); system.out.println(""); system.out.println("hashmap size: " + map.size() + " mapstreamforeach 耗时: " + (end - start) + " ms"); } private static void foreach(hashmap map) { for (iterator<map.entry<string, integer="">> it = map.entryset().iterator(); it.hasnext();){ map.entry<string, integer=""> item = it.next(); system.out.print(item.getkey()); // do something } } private static void foreach0(hashmap<string, integer=""> map) { for (map.entry entry : map.entryset()) { system.out.print(entry.getkey()); } } private static void foreach1(hashmap<string, integer=""> map) { map.foreach((key, value) -> { system.out.print(key); }); } private static void foreach2(hashmap<string, integer=""> map) { map.entryset().stream().foreach(e -> { system.out.print(e.getkey()); }); } private static void initdata(hashmap map) { map.put("a", 0); map.put("b", 1); map.put("c", 2); map.put("d", 3); map.put("e", 4); map.put("f", 5); }} |
测试结果：
如果你认真看了上面的文章的话，会发现测试结果有个不对劲的地方：
mapstreamforeach的耗时似乎变少了
我可以告诉你这不是数据的原因，从我的测试测试结果来看，直接原因是因为先执行了 map.foreach，如果你把 mapforeach 和 mapstreamforeach 调换一下执行顺序，你会发现后执行的那个耗时更少。
以上就是分析java中map的遍历性能问题的详细内容，更多关于java map 遍历性能的资料请关注服务器之家其它相关文章！
原文链接：https://www.cnblogs.com/lifan1998/p/14864021.html
