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为什么 Java 大佬都不推荐使用 keySet() 遍历HashMap？

在Java编程中，HashMap 是一种非常常见的数据结构。我们经常需要对其中的键值对进行遍历。通常有多种方法可以遍历 HashMap，其中一种方法是使用 keySet() 方法。


然而，很多Java大佬并不推荐这种方法。为什么呢？


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keySet() 方法的工作原理


首先，让我们来看一下 keySet() 方法是如何工作的。keySet() 方法返回 HashMap 中所有键的集合 (Set<K>)。然后我们可以使用这些键来获取相应的值。


代码示例如下：


// 创建一个HashMap并填充数据

Map<String, Integer> map = new HashMap<>();

map.put("apple", 1);

map.put("banana", 2);

map.put("cherry", 3);

// 使用keySet()方法遍历HashMap
for (String key : map.keySet()) {
// 通过键获取相应的值
Integer value = map.get(key);

    System.out.println("Key: " + key + ", Value: " + value);

}

这个代码看起来没什么问题，但在性能和效率上存在一些隐患。


keySet() 方法的缺点


1、 多次哈希查找：如上面的代码所示，使用 keySet() 方法遍历时，需要通过键去调用 map.get(key) 方法来获取值。这意味着每次获取值时，都需要进行一次哈希查找操作。如果 HashMap 很大，这种方法的效率就会明显降低。


2、 额外的内存消耗：keySet() 方法会生成一个包含所有键的集合。虽然这个集合是基于 HashMap 的键的视图，但仍然需要额外的内存开销来维护这个集合的结构。如果 HashMap 很大，这个内存开销也会变得显著。


3、 代码可读性和维护性：使用 keySet() 方法的代码可能会让人误解，因为它没有直接表现出键值对的关系。在大型项目中，代码的可读性和维护性尤为重要。


更好的选择：entrySet() 方法


相比之下，使用 entrySet() 方法遍历 HashMap 是一种更好的选择。entrySet() 方法返回的是 HashMap 中所有键值对的集合 (Set<Map.Entry<K, V>>)。通过遍历这个集合，我们可以直接获取每个键值对，从而避免了多次哈希查找和额外的内存消耗。


下面是使用 entrySet() 方法的示例代码：


// 创建一个HashMap并填充数据

Map<String, Integer> map = new HashMap<>();

map.put("apple", 1);

map.put("banana", 2);

map.put("cherry", 3);

// 使用entrySet()方法遍历HashMap
for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {
// 直接获取键和值
String key = entry.getKey();
Integer value = entry.getValue();

    System.out.println("Key: " + key + ", Value: " + value);

}

entrySet() 方法的优势


1、 避免多次哈希查找：在遍历过程中，我们可以直接从 Map.Entry 对象中获取键和值，而不需要再次进行哈希查找，提高了效率。


2、 减少内存消耗：entrySet() 方法返回的是 HashMap 内部的一个视图，不需要额外的内存来存储键的集合。


3、 提高代码可读性：entrySet() 方法更直观地表现了键值对的关系，使代码更加易读和易维护。


性能比较


我们来更深入地解析性能比较，特别是 keySet() 和 entrySet() 方法在遍历 HashMap 时的性能差异。


主要性能问题


1、 多次哈希查找： 使用 keySet() 方法遍历 HashMap 时，需要通过键调用 map.get(key) 方法获取值。这意味着每次获取值时都需要进行一次哈希查找操作。哈希查找虽然时间复杂度为 O(1)，但在大量数据下，频繁的哈希查找会累积较高的时间开销。


2、 额外的内存消耗： keySet() 方法返回的是一个包含所有键的集合。虽然这个集合是基于 HashMap 的键的视图，但仍然需要额外的内存来维护这个集合的结构。


更高效的选择：entrySet() 方法


相比之下，entrySet() 方法返回的是 HashMap 中所有键值对的集合 (Set<Map.Entry<K, V>>)。通过遍历这个集合，我们可以直接获取每个键值对，避免了多次哈希查找和额外的内存消耗。


性能比较示例


让我们通过一个具体的性能比较示例来详细说明：


import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class HashMapTraversalComparison {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个大的HashMap

        Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
for (int i = 0; i < 1000000; i++) {

            map.put("key" + i, i);

        }

// 测试keySet()方法的性能
long startTime = System.nanoTime(); // 记录开始时间
for (String key : map.keySet()) {
Integer value = map.get(key); // 通过键获取值

        }
long endTime = System.nanoTime(); // 记录结束时间

        System.out.println("keySet() 方法遍历时间: " + (endTime - startTime) + " 纳秒");

// 测试entrySet()方法的性能

        startTime = System.nanoTime(); // 记录开始时间
for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {
String key = entry.getKey(); // 直接获取键
Integer value = entry.getValue(); // 直接获取值

        }

        endTime = System.nanoTime(); // 记录结束时间

        System.out.println("entrySet() 方法遍历时间: " + (endTime - startTime) + " 纳秒");

    }

}

深度解析性能比较示例


1、 创建一个大的 HashMap：




Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
for (int i = 0; i < 1000000; i++) {

    map.put("key" + i, i);

}


  • 创建一个包含100万个键值对的 HashMap。
  • 键 为 "key" + i，值 为 i。
  • 这个 HashMap 足够大，可以明显展示两种遍历方法的性能差异。

2、 测试 keySet() 方法的性能：


long startTime = System.nanoTime(); // 记录开始时间
for (String key : map.keySet()) {
Integer value = map.get(key); // 通过键获取值

}
long endTime = System.nanoTime(); // 记录结束时间

System.out.println("keySet() 方法遍历时间: " + (endTime - startTime) + " 纳秒");


  • 使用 keySet() 方法获取所有键，并遍历这些键。
  • 在每次迭代中，通过 map.get(key) 方法获取值。
  • 记录开始时间和结束时间，计算遍历所需的总时间。

3、 测试 entrySet() 方法的性能：


startTime = System.nanoTime(); // 记录开始时间
for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {
String key = entry.getKey(); // 直接获取键
Integer value = entry.getValue(); // 直接获取值

}

endTime = System.nanoTime(); // 记录结束时间

System.out.println("entrySet() 方法遍历时间: " + (endTime - startTime) + " 纳秒");


  • 使用 entrySet() 方法获取所有键值对，并遍历这些键值对。
  • 在每次迭代中，直接从 Map.Entry 对象中获取键和值。
  • 记录开始时间和结束时间，计算遍历所需的总时间。

性能结果分析


假设上述代码的运行结果如下：


keySet() 方法遍历时间: 1200000000 纳秒

entrySet() 方法遍历时间: 800000000 纳秒

可以看出，使用 entrySet() 方法的遍历时间明显短于 keySet() 方法。这主要是因为：


1、 避免了多次哈希查找： 使用 keySet() 方法时，每次获取值都需要进行一次哈希查找。而使用 entrySet() 方法时，键和值直接从 Map.Entry 对象中获取，无需再次查找。


2、 减少了内存消耗： 使用 keySet() 方法时，额外生成了一个包含所有键的集合。而使用 entrySet() 方法时，返回的是 HashMap 内部的一个视图，无需额外的内存开销。


小结一下


通过性能比较示例，我们可以清楚地看到 entrySet() 方法在遍历 HashMap 时的效率优势。使用 entrySet() 方法不仅能避免多次哈希查找，提高遍历效率，还能减少内存消耗。


综上所述，在遍历 HashMap 时，entrySet() 方法是更优的选择。


几种高效的替代方案


除了 entrySet() 方法外，还有其他几种高效的替代方案，可以用于遍历 HashMap。


以下是几种常见的高效替代方案及其优缺点分析：


1. 使用 entrySet() 方法


我们已经讨论过，entrySet() 方法是遍历 HashMap 时的一个高效选择。它直接返回键值对的集合，避免了多次哈希查找，减少了内存开销。


import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class EntrySetTraversal {
public static void main(String[] args) {

        Map<String, Integer> map = new HashMap<>();

        map.put("apple", 1);

        map.put("banana", 2);

        map.put("cherry", 3);

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

            System.out.println("Key: " + key + ", Value: " + value);

        }

    }

}

2. 使用 forEach 方法


从 Java 8 开始，Map 接口提供了 forEach 方法，可以直接对每个键值对进行操作。这种方式利用了 lambda 表达式，代码更简洁，可读性强。


import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class ForEachTraversal {
public static void main(String[] args) {

        Map<String, Integer> map = new HashMap<>();

        map.put("apple", 1);

        map.put("banana", 2);

        map.put("cherry", 3);


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

            System.out.println("Key: " + key + ", Value: " + value);

        });

    }

}

3. 使用 iterator 方法


另一种遍历 HashMap 的方法是使用迭代器 (Iterator)。这种方法适用于需要在遍历过程中对集合进行修改的情况，比如删除某些元素。


import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;

public class IteratorTraversal {
public static void main(String[] args) {

        Map<String, Integer> map = new HashMap<>();

        map.put("apple", 1);

        map.put("banana", 2);

        map.put("cherry", 3);


        Iterator<Map.Entry<String, Integer>> iterator = map.entrySet().iterator();
while (iterator.hasNext()) {

            Map.Entry<String, Integer> entry = iterator.next();
String key = entry.getKey();
Integer value = entry.getValue();

            System.out.println("Key: " + key + ", Value: " + value);

        }

    }

}

4. 使用 Streams API


Java 8 引入了 Streams API，可以结合 stream() 方法和 forEach 方法来遍历 HashMap。这种方法可以对集合进行更复杂的操作，比如过滤、映射等。


import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class StreamTraversal {
public static void main(String[] args) {

        Map<String, Integer> map = new HashMap<>();

        map.put("apple", 1);

        map.put("banana", 2);

        map.put("cherry", 3);


        map.entrySet().stream().forEach(entry -> {
String key = entry.getKey();
Integer value = entry.getValue();

            System.out.println("Key: " + key + ", Value: " + value);

        });

    }

}

优缺点分析


entrySet() 方法：



  • 优点：避免多次哈希查找，减少内存消耗，代码简单明了。
  • 缺点：没有特定缺点，在大多数情况下是最佳选择。

forEach 方法：



  • 优点：代码简洁，可读性强，充分利用 lambda 表达式。
  • 缺点：仅适用于 Java 8 及以上版本。

iterator 方法：



  • 优点：适用于需要在遍历过程中修改集合的情况，如删除元素。
  • 缺点：代码稍显繁琐，不如 entrySet() 和 forEach 方法直观。

Streams API 方法：



  • 优点：支持复杂操作，如过滤、映射等，代码简洁。
  • 缺点：仅适用于 Java 8 及以上版本，性能在某些情况下可能不如 entrySet() 和 forEach。

结论


在遍历 HashMap 时，entrySet() 方法是一个高效且广泛推荐的选择。对于更现代的代码风格，forEach 方法和 Streams API 提供了简洁且强大的遍历方式。如果需要在遍历过程中修改集合，可以使用 iterator 方法。根据具体需求选择合适的遍历方法，可以显著提高代码的效率和可读性。


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作者：架构师专栏
来源：juejin.cn/post/7393663398406799372
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2024-12-21

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