java学习笔记——Java中HashMap和TreeMap的区别深入理解

本文转载自Java中HashMap和TreeMap的区别深入理解

首先介绍一下什么是Map.在数组中我们是通过数组下标来对其内容索引的，而在Map中我们通过对象来对对象进行索引，用来索引的对象叫做key,其对应的对象叫做value.这就是我们平时说的键值对。

　　HashMap通过hashcode对其内容进行快速查找，而 TreeMap中所有的元素都保持着某种固定的顺序，如果你需要得到一个有序的结果你就应该使用TreeMap（HashMap中元素的排列顺序是不固定的）。

　　HashMap 非线程安全 TreeMap 非线程安全

　　线程安全

　　在Java里，线程安全一般体现在两个方面：

　　1、多个thread对同一个java实例的访问（read和modify）不会相互干扰，它主要体现在关键字synchronized.如ArrayList和Vector,HashMap和Hashtable

　　（后者每个方法前都有synchronized关键字）。如果你在interator一个List对象时，其它线程remove一个element,问题就出现了。

　　2、每个线程都有自己的字段，而不会在多个线程之间共享。它主要体现在java.lang.ThreadLocal类，而没有Java关键字支持，如像static、transient那样。

　　1.AbstractMap抽象类和SortedMap接口

　　AbstractMap抽象类：（HashMap继承AbstractMap）覆盖了equals（）和hashCode（）方法以确保两个相等映射返回相同的哈希码。如果两个映射大小相等、包含同样的键且每个键在这两个映射中对应的值都相同，则这两个映射相等。映射的哈希码是映射元素哈希码的总和，其中每个元素是Map.Entry接口的一个实现。因此，不论映射内部顺序如何，两个相等映射会报告相同的哈希码。

　　SortedMap接口：（TreeMap继承自SortedMap）它用来保持键的有序顺序。SortedMap接口为映像的视图（子集），包括两个端点提供了访问方法。除了排序是作用于映射的键以外，处理SortedMap和处理SortedSet一样。添加到SortedMap实现类的元素必须实现Comparable接口，否则您必须给它的构造函数提供一个Comparator接口的实现。TreeMap类是它的唯一一份实现。

　　2.两种常规Map实现

　　HashMap:基于哈希表实现。使用HashMap要求添加的键类明确定义了hashCode（）和equals（）[可以重写hashCode（）和equals（）],为了优化HashMap空间的使用，您可以调优初始容量和负载因子。

　　（1）HashMap（）： 构建一个空的哈希映像

　　（2）HashMap（Map m）： 构建一个哈希映像，并且添加映像m的所有映射

　　（3）HashMap（int initialCapacity）： 构建一个拥有特定容量的空的哈希映像

　　（4）HashMap（int initialCapacity, float loadFactor）： 构建一个拥有特定容量和加载因子的空的哈希映像

　　TreeMap:基于红黑树实现。TreeMap没有调优选项，因为该树总处于平衡状态。

　　（1）TreeMap（）：构建一个空的映像树

　　（2）TreeMap（Map m）： 构建一个映像树，并且添加映像m中所有元素

　　（3）TreeMap（Comparator c）： 构建一个映像树，并且使用特定的比较器对关键字进行排序

　　（4）TreeMap（SortedMap s）： 构建一个映像树，添加映像树s中所有映射，并且使用与有序映像s相同的比较器排序

　　3.两种常规Map性能

　　HashMap:适用于在Map中插入、删除和定位元素。

　　Treemap:适用于按自然顺序或自定义顺序遍历键（key）。

　　4.总结

　　HashMap通常比TreeMap快一点（树和哈希表的数据结构使然），建议多使用HashMap,在需要排序的Map时候才用TreeMap.

 1 import java.util.HashMap;
 2
 3 import java.util.Hashtable;
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 5 import java.util.Iterator;
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 7 import java.util.Map;
 8
 9 import java.util.TreeMap;
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11 　public class HashMaps {
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13 　　public static void main（String[] args） {
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15 　　           Map<String, String> map = new HashMap<String, String>（）；
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17 　　           map.put（"a", "aaa"）；
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19 　　           map.put（"b", "bbb"）；
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21 　　           map.put（"c", "ccc"）；
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23 　　           map.put（"d", "ddd"）；
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25 　　           Iterator<String> iterator = map.keySet（）。iterator（）；
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27 　　           while （iterator.hasNext（）） {
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29 　　                    Object key = iterator.next（）；
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31 　　                    System.out.println（"map.get（key） is :" + map.get（key））；
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33 　　           }
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35 　　          // 定义HashTable,用来测试
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37 　　          Hashtable<String, String> tab = new Hashtable<String, String>（）；
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39 　　          tab.put（"a", "aaa"）；
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41 　　          tab.put（"b", "bbb"）；
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43 　　          tab.put（"c", "ccc"）；
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45 　　          tab.put（"d", "ddd"）；
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47 　　          Iterator<String> iterator_1 = tab.keySet（）。iterator（）；
48
49 　　          while （iterator_1.hasNext（）） {
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51 　　                    Object key = iterator_1.next（）；
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53 　　                    System.out.println（"tab.get（key） is :" + tab.get（key））；
54
55 　　           }
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57 　　           TreeMap<String, String> tmp = new TreeMap<String, String>（）；
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59 　　           tmp.put（"a", "aaa"）；
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61 　　           tmp.put（"b", "bbb"）；
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63 　　           tmp.put（"c", "ccc"）；
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65 　　           tmp.put（"d", "cdc"）；
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67 　　           Iterator<String> iterator_2 = tmp.keySet（）。iterator（）；
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69 　　           while （iterator_2.hasNext（）） {
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71 　　                    Object key = iterator_2.next（）；
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73 　　                    System.out.println（"tmp.get（key） is :" + tmp.get（key））；
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75 　　           }
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77 　　      }
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79      }

　　运行结果如下：

　　map.get（key） is :ddd

　　map.get（key） is :bbb

　　map.get（key） is :ccc

　　map.get（key） is :aaa

　　tab.get（key） is :bbb

　　tab.get（key） is :aaa

　　tab.get（key） is :ddd

　　tab.get（key） is :ccc

　　tmp.get（key） is :aaa

　　tmp.get（key） is :bbb

　　tmp.get（key） is :ccc

　　tmp.get（key） is :cdc

　　HashMap的结果是没有排序的，而TreeMap输出的结果是排好序的。

　　下面就要进入本文的主题了。先举个例子说明一下怎样使用HashMap:

 1 import java.util.*;
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 3 　　public class Exp1 {
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 5 　　     public static void main（String[] args）{
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 7 　　               HashMap h1=new HashMap（）；
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 9 　　               Random r1=new Random（）；
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11 　　               for （int i=0;i<1000;i++）{
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13 　　                    Integer t=new Integer（r1.nextInt（20））；
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15 　　                    if （h1.containsKey（t））（（Ctime）h1.get（t））count++;
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17 　　                    else h1.put（t, new Ctime（））；
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19 　　               }
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21 　　               System.out.println（h1）；
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23 　　       }
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25 　}
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27 　class Ctime{
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29 　　int count=1;
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31 　　public String toString（）{
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33 　　   return Integer.toString（count）；
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35 　　}
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37 　}

在HashMap中通过get（）来获取value,通过put（）来插入value,ContainsKey（）则用来检验对象是否已经存在。可以看出，和ArrayList的操作相比，HashMap除了通过key索引其内容之外，别的方面差异并不大。

　　前面介绍了，HashMap是基于HashCode的，在所有对象的超类Object中有一个HashCode（）方法，但是它和equals方法一样，并不能适用于所有的情况，这样我们就需要重写自己的HashCode（）方法。下面就举这样一个例子：

 1 import java.util.*;
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 3 　　public class Exp2 {
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 5 　　     public static void main（String[] args）{
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 7 　　          HashMap h2=new HashMap（）；
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 9 　　          for （int i=0;i<10;i++）
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11 　　                h2.put（new Element（i）， new Figureout（））；
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13 　　         System.out.println（"h2:"）；
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15 　　         System.out.println（"Get the result for Element:"）；
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17 　　         Element test=new Element（5）；
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19 　　         if （h2.containsKey（test））
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21 　　             System.out.println（（Figureout）h2.get（test））；
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23 　　         else
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25 　　             System.out.println（"Not found"）；
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27 　　      }
28
29      }
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31 　　class Element{
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33 　　    int number;
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35 　　    public Element（int n）{
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37 　　           number=n;
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39 　　    }
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41 　　}
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43 　　class Figureout{
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45 　　     Random r=new Random（）；
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47 　　     boolean possible=r.nextDouble（）>0.5;
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49 　　     public String toString（）{
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51 　　         if （possible）
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53 　　               return "OK!";
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55 　　         else
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57 　　               return "Impossible!";
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59 　　     }
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61 　　}

　　在这个例子中，Element用来索引对象Figureout,也即Element为key,Figureout为value.在Figureout中随机生成一个浮点数，如果它比0.5大，打印"OK!",否则打印"Impossible!".之后查看Element（3）对应的Figureout结果如何。

　　结果却发现，无论你运行多少次，得到的结果都是"Not found".也就是说索引Element（3）并不在HashMap中。这怎么可能呢？

　　原因得慢慢来说：Element的HashCode方法继承自Object,而Object中的HashCode方法返回的HashCode对应于当前的地址，也就是说对于不同的对象，即使它们的内容完全相同，用HashCode（）返回的值也会不同。这样实际上违背了我们的意图。因为我们在使用 HashMap时，希望利用相同内容的对象索引得到相同的目标对象，这就需要HashCode（）在此时能够返回相同的值。在上面的例子中，我们期望 new Element（i） （i=5）与 Elementtest=newElement（5）是相同的，而实际上这是两个不同的对象，尽管它们的内容相同，但它们在内存中的地址不同。因此很自然的，上面的程序得不到我们设想的结果。下面对Element类更改如下：

 1 　　class Element{
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 3 　　    int number;
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 5 　　    public Element（int n）{
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 7 　　             number=n;
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11 　　    public int hashCode（）{
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13 　　         return number;
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15 　　    }
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17 　　    public boolean equals（Object o）{
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19 　　          return （o instanceof Element） && （number==（（Element）o）。number）；
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21 　　    }
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23 　}

　　在这里Element覆盖了Object中的hashCode（）和equals（）方法。覆盖hashCode（）使其以number的值作为 hashcode返回，这样对于相同内容的对象来说它们的hashcode也就相同了。而覆盖equals（）是为了在HashMap判断两个key是否相等时使结果有意义（有关重写equals（）的内容可以参考我的另一篇文章《重新编写Object类中的方法》）。修改后的程序运行结果如下：

　　h2:

　　Get the result for Element:

　　Impossible!

　　请记住：如果你想有效的使用HashMap,你就必须重写在其的HashCode（）。

　　还有两条重写HashCode（）的原则：

　　[list=1]

　　不必对每个不同的对象都产生一个唯一的hashcode,只要你的HashCode方法使get（）能够得到put（）放进去的内容就可以了。即"不为一原则".

　　生成hashcode的算法尽量使hashcode的值分散一些，不要很多hashcode都集中在一个范围内，这样有利于提高HashMap的性能。即"分散原则".至于第二条原则的具体原因，有兴趣者可以参考Bruce Eckel的《Thinking in Java》，在那里有对HashMap内部实现原理的介绍，这里就不赘述了。

　　掌握了这两条原则，你就能够用好HashMap编写自己的程序了。不知道大家注意没有，java.lang.Object中提供的三个方法：clone（），equals（）和hashCode（）虽然很典型，但在很多情况下都不能够适用，它们只是简单的由对象的地址得出结果。这就需要我们在自己的程序中重写它们，其实java类库中也重写了千千万万个这样的方法。利用面向对象的多态性--覆盖，Java的设计者很优雅的构建了Java的结构，也更加体现了Java是一门纯OOP语言的特性。