Java Map遍歷方式方式及性能測試

1. 闡述

對于Java中Map的遍歷方式，很多文章都推薦使用entrySet，認為其比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，針對每個key，都要去Map中額外查找一次value，從而降低了總體效率。那么實際情況如何呢？

為了解遍歷性能的真實差距，包括在遍歷key+value、遍歷key、遍歷value等不同場景下的差異，我試著進行了一些對比測試。

2. 對比測試

一開始只進行了簡單的測試，但結果卻表明keySet的性能更好，這一點讓我很是費解，不都說entrySet明顯好于keySet嗎？為了進一步地進行驗證，于是采用了不同的測試數據進行更詳細的對比測試。

2.1 測試數據

2.1.1 HashMap測試數據

HashMap-1，大小為100萬，key和value均為String，key的值為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，大小為100萬，key和value均為String，key的值為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測試數據

TreeMap-1，大小為100萬，key和value均為String，key的值為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，大小為100萬，key和value均為String，key的值為50、100、150、200、……、50000000，更離散：

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 測試場景

分別使用keySet、entrySet和values的多種寫法測試三種場景：遍歷key+value、遍歷key、遍歷value的場景。

2.2.1 遍歷key+value

keySet遍歷key+value（寫法1）：

Iterator<String> iter = map.keySet().iterator();  
while (iter.hasNext()) {  
    key = iter.next();  
    value = map.get(key);  
}

keySet遍歷key+value（寫法2）：

for (String key : map.keySet()) {  
    value = map.get(key);  
}

entrySet遍歷key+value（寫法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遍歷key+value（寫法2）：

for (Entry<String, String> entry: map.entrySet()) {  
    key = entry.getKey();  
    value = entry.getValue();  
}

2.2.2 遍歷key

keySet遍歷key（寫法1）：

Iterator<String> iter = map.keySet().iterator();  
while (iter.hasNext()) {  
    key = iter.next();  
}

keySet遍歷key（寫法2）：

for (String key : map.keySet()) {  
}

entrySet遍歷key（寫法1）：

Iterator<Entry<String, String>> iter = map.entrySet().iterator();   
while (iter.hasNext()) {  
    key = iter.next().getKey();  
}

entrySet遍歷key（寫法2）：

for (Entry<String, String> entry: map.entrySet()) {  
    key = entry.getKey();  
}

2.2.3 遍歷value

keySet遍歷value（寫法1）：

Iterator<String> iter = map.keySet().iterator();  
while (iter.hasNext()) {  
    value = map.get(iter.next());  
}

keySet遍歷value（寫法2）：

for (String key : map.keySet()) {  
    value = map.get(key);  
}

entrySet遍歷value（寫法1）：

Iterator<Entry<String, String>> iter = map.entrySet().iterator();  
while (iter.hasNext()) {  
value = iter.next().getValue();  
}

entrySet遍歷value（寫法2）：

for (Entry<String, String> entry: map.entrySet()) {  
    value = entry.getValue();  
}

values遍歷value（寫法1）：

Iterator<String> iter = map.values().iterator();  
while (iter.hasNext()) {  
value = iter.next();  
}

values遍歷value（寫法2）：

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

2.3 測試結果

2.3.1 HashMap測試結果

2.3.2 TreeMap測試結果

3. 結論

3.1 如果你使用HashMap

同時遍歷key和value時，keySet與entrySet方法的性能差異取決于key的具體情況，如復雜度（復雜對象）、離散度、沖突率等。換言之，取決于HashMap查找value的開銷。entrySet一次性取出所有 key和value的操作是有性能開銷的，當這個損失小于HashMap查找value的開銷時，entrySet的性能優勢就會體現出來。例如上述對比測試中，當key是最簡單的數值字符串時，keySet可能反而會更高效，耗時比entrySet少10%。總體來說還是推薦使用entrySet。因為當key很簡單時，其性能或許會略低于keySet，但卻是可控的；而隨著key的復雜化，entrySet的優勢將會明顯體現出來。當然，我們可以根據實際情況進行選擇
只遍歷key時，keySet方法更為合適，因為entrySet將無用的value也給取出來了，浪費了性能和空間。在上述測試結果中，keySet比entrySet方法耗時少23%。
只遍歷value時，使用vlaues方法是最佳選擇，entrySet會略好于keySet方法。
在不同的遍歷寫法中，推薦使用如下寫法，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

同時遍歷key和value時，與HashMap不同，entrySet的性能遠遠高于keySet。這是由TreeMap的查詢效率決定的，也就是說，TreeMap查找value的開銷較大，明顯高于entrySet一次性取出所有key和value的開銷。因此，遍歷TreeMap時強烈推薦使用entrySet方法。
只遍歷key時，keySet方法更為合適，因為entrySet將無用的value也給取出來了，浪費了性能和空間。在上述測試結果中，keySet比entrySet方法耗時少24%。
只遍歷value時，使用vlaues方法是最佳選擇，entrySet也明顯優于keySet方法。
在不同的遍歷寫法中，推薦使用如下寫法，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()) {  
}