为什么使用相同的HashMap迭代器读取密钥时，Java HashMap获取（密钥）的速度比使用Set的迭代器读取密钥要快？

Question

对于HashMap <Integer，Integer>，在插入10000000个唯一随机值后。 我使用hashmap的keySet（）执行get（），如下面的代码片段所示：

HashMap<Integer, Integer> hashmap = 
                        new HashMap<Integer, Integer>(10000000, 0.99f);

// ... Code to put unique 10000000 associations into the hashmap ...

int iteration = 100;
long startTime, totalTime = 0;

while(iteration > 0) {
    for(Integer key: hashmap.keySet()) {
       startTime = System.currentTimeMillis();
       hashmap.get(key);
       totalTime += (System.currentTimeMillis() - startTime);
    }
    iteration--;
}
System.out.println(totalTime/100 + " ms");

运行上面的代码，我得到： 225毫秒

现在，如果我将上面的代码改为使用set，就像在下面的代码片段中一样：

Set<Integer> set = new HashSet<Integer>(hashmap.keySet());
while(iteration > 0) {
    for(Integer key: set) {
       startTime = System.currentTimeMillis();
       hashmap.get(key);
       totalTime += (System.currentTimeMillis() - startTime);
    }
    iteration--;
}
System.out.println(totalTime/100 + " ms");

运行此代码后，我得到： 414毫秒

为什么这种性能差异？

PS：我使用了以下JVM参数：

-Xms2048m -Xmx4096m -XX:MaxPermSize=256m

Answer 1

当您读取大型数据结构（大于32 KB）时，您如何阅读该数据结构会影响性能。

这些是您缓存的典型大小和速度。

L1:   32 KB, 4 clock cycles.
L2:  256 KB, 11 clock cycles.
L3: 3-30 MB, 40-75 clock cycles.
Main memory: up to 2TB, 200-500 clock cycles.

这意味着缓存局部性非常重要。 也就是说，如果你正在读取L1中的某些东西，那么它比从L3读取的速度快20倍。

在您的情况下，您正在使用哈希数据结构。 这是为随机访问和随机排列而设计的，遗憾的是它具有非常差的可缓存性。 随机访问内存，它可能在较慢的内存区域。

但是，这是一个例外。 如果您多次访问相同的数据，例如从迭代器获取一个键，或者您正在按顺序扫描一个集合，例如这就是迭代器对HashMap所做的事情（而不是TreeMap）它更有可能您将访问的下一条数据位于同一缓存行（每个缓存行长度为64字节）或下一行。 这些类型的访问执行得更好，因为CPU被设计为非常快速地执行向量操作。

BTW你的工作集就是一组键，如果你的值是不同的对象，我希望你实际看这些对象时会慢得多（因为这会增加工作集的大小以及缓存需要多少内存）它）

Answer 2

毫秒精度不足以测量单个get（）。 读取循环开始时的时间，并在循环结束时 - 不要尝试在内部的部分增加它，因为这样做会导致大量潜在的准确性错误，淹没任何实际结果。

确保在没有执行计时的情况下运行循环50次（以预热JVM，确保编译所有内容等），然后再次运行它以计算整个循环过程：

Set<Integer> set = new HashSet<Integer>(hashmap.keySet());
startTime = System.currentTimeMillis();
while(iteration > 0) {
    for(Integer key: set) {
       hashmap.get(key);
    }
    iteration--;
}
totalTime = (System.currentTimeMillis() - startTime);
System.out.println(totalTime + " ms");

当你按迭代划分时，你的代码是如何得不到除以0的错误的？

Answer 3

这个

   startTime = System.currentTimeMillis();
   hashmap.get(key);
   totalTime += (System.currentTimeMillis() - startTime);

微观标记是一种荒谬的尝试。 它使用currentTimeMillis()其精度为1 ms，实际精度高于10 ms，以测量纳秒操作。 即使是nanoTime本身也无济于事，因为它的准确度通常只有nanoTime微秒。

此外，代码不执行任何预热。

如果你想测量像单个map#get call的表现那样难以捉摸的东西，你应该更好地使用一个合适的微基准测试工具。

Answer 4

找出这两个类的性能的逻辑是不正确的。

测量在键集上完成迭代所花费的时间（最好以纳秒精度），而不是为每次调用get方法测量它。 为了证明你的事实，结果应该是一致的。只有这可以证明你的事实。

此外，性能在很大程度上取决于JVM和GC配置。