Java中Map的遍歷方法及效能測試

1. 闡述

對於Java中Map的遍歷方式，許多文章都推薦使用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中額外找一次value，從而降低了整體效率。那麼實際情況如何呢？

為了了解遍歷效能的真實差距，包括在遍歷key+value、遍歷key、遍歷value等不同場景下的差異，我試著進行一些比較測試。

2. 比較測試

一開始只進行了簡單的測試，但結果卻顯示keySet的表現比較好，這讓我很是費解，不都說entrySet明顯好於keySet嗎？為了進一步地進行驗證，於是採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：
複製代碼代碼如下:
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皆為String，key的值為50、100、150、200、…、50000000：
複製代碼代碼如下:
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：
複製代碼代碼如下:
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皆為String，key的值為50、100、150、200、…、50000000，更離散：
複製代碼代碼如下:
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）：
複製代碼代碼如下:
Iterator<String> iter = map.keySet().iterator();
while (iter.hasNext()) {
key = iter.next();
value = map.get(key);
}

keySet遍歷key+value（寫法2）：
複製代碼代碼如下:
for (String key : map.keySet()) {
value = map.get(key);
}

entrySet遍歷key+value（寫法1）：
複製代碼代碼如下:
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）：
複製代碼代碼如下:
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）：
複製代碼代碼如下:
Iterator<String> iter = map.keySet().iterator();
while (iter.hasNext()) {
key = iter.next();
}

keySet遍歷key（寫法2）：
複製代碼代碼如下:
for (String key : map.keySet()) {
}

entrySet遍歷key（寫法1）：
複製代碼代碼如下:
Iterator<Entry<String, String>> iter = map.entrySet().iterator();
while (iter.hasNext()) {
key = iter.next().getKey();
}

entrySet遍歷key（寫法2）：
複製代碼代碼如下:
for (Entry<String, String> entry: map.entrySet()) {
key = entry.getKey();
}

2.2.3 遍歷value

keySet遍歷value（寫法1）：
複製代碼代碼如下:
Iterator<String> iter = map.keySet().iterator();
while (iter.hasNext()) {
value = map.get(iter.next());
}

keySet遍歷value（寫法2）：
複製代碼代碼如下:
for (String key : map.keySet()) {
value = map.get(key);
}

entrySet遍歷value（寫法1）：
複製代碼代碼如下:
Iterator<Entry<String, String>> iter = map.entrySet().iterator();
while (iter.hasNext()) {
value = iter.next().getValue();
}

entrySet遍歷value（寫法2）：
複製代碼代碼如下:
for (Entry<String, String> entry: map.entrySet()) {
value = entry.getValue();
}

values遍歷value（寫法1）：
複製代碼代碼如下:
Iterator<String> iter = map.values().iterator();
while (iter.hasNext()) {
value = iter.next();
}

values遍歷value（寫法2）：
複製代碼代碼如下:
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

1.同時遍歷key與value時，keySet與entrySet方法的效能差異取決於key的具體情況，如複雜度（複雜度）、離散度、衝突率等。換言之，取決於HashMap查找value的開銷。 entrySet一次取出所有key和value的操作是有效能開銷的，當這個損失小於HashMap查找value的開銷時，entrySet的效能優勢就會反映出來。例如上述比較測試中，當key是最簡單的數值字串時，keySet可能反而會更有效率，耗時比entrySet少10%。整體來說還是建議使用entrySet。因為當key很簡單時，其性能或許會略低於keySet，但卻是可控的；而隨著key的複雜化，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
2.只遍歷key時，keySet方法比較合適，因為entrySet將無用的value也給取出了，浪費了效能和空間。在上述測試結果中，keySet比entrySet方法耗時少23%。
3.只遍歷value時，使用vlaues方法是最佳選擇，entrySet會略好於keySet方法。
4.在不同的遍歷寫法中，建議使用以下寫法，其效率略高一些：
複製代碼代碼如下:
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.同時遍歷key和value時，與HashMap不同，entrySet的效能遠高於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，明顯高於entrySet一次取出所有key和value的開銷。因此，遍歷TreeMap時強烈建議使用entrySet方法。
2.只遍歷key時，keySet方法比較合適，因為entrySet將無用的value也給取出了，浪費了效能和空間。在上述測試結果中，keySet比entrySet方法耗時少24%。
3.只遍歷value時，使用vlaues方法是最佳選擇，entrySet也明顯優於keySet方法。
4.在不同的遍歷寫法中，建議使用以下寫法，其效率略高一些：
複製代碼代碼如下:
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()) {
}