Java中HashMap和TreeMap的區別深入理解

標籤：

首先介紹一下什麼是Map。在數組中我們是通過數組下標來對其內容索引的，而在Map中我們通過對象來對對象進行索引，用來索引的對象叫做key，其對應的對象叫做value。這就是我們平時說的索引值對。

HashMap通過hashcode對其內容進行快速尋找，而 TreeMap中所有的元素都保持著某種固定的順序，如果你需要得到一個有序的結果你就應該使用TreeMap（HashMap中元素的排列順序是不固定的）。

HashMap 非安全執行緒 TreeMap 非安全執行緒

安全執行緒

在Java裡，安全執行緒一般體現在兩個方面：

1、多個thread對同一個java執行個體的訪問（read和modify）不會相互幹擾，它主要體現在關鍵字synchronized。如ArrayList和Vector，HashMap和Hashtable
（後者每個方法前都有synchronized關鍵字）。如果你在interator一個List對象時，其它線程remove一個element，問題就出現了。

2、每個線程都有自己的欄位，而不會在多個線程之間共用。它主要體現在java.lang.ThreadLocal類，而沒有Java關鍵字支援，如像static、transient那樣。

1.AbstractMap抽象類別和SortedMap介面

AbstractMap抽象類別：(HashMap繼承AbstractMap)覆蓋了equals()和hashCode()方法以確保兩個相等映射返回相同的雜湊碼。如果兩個映射大小相等、包含同樣的鍵且每個鍵在這兩個映射中對應的值都相同，則這兩個映射相等。映射的雜湊碼是映射元素雜湊碼的總和，其中每個元素是Map.Entry介面的一個實現。因此，不論映射內部順序如何，兩個相等映射會報告相同的雜湊碼。

SortedMap介面：（TreeMap繼承自SortedMap）它用來保持鍵的有序順序。SortedMap介面為映像的視圖(子集)，包括兩個端點提供了存取方法。除了排序是作用於映射的鍵以外，處理SortedMap和處理SortedSet一樣。添加到SortedMap實作類別的元素必須實現Comparable介面，否則您必須給它的建構函式提供一個Comparator介面的實現。TreeMap類是它的唯一一份實現。

2.兩種常規Map實現

HashMap：基於雜湊表實現。使用HashMap要求添加的鍵類明確定義了hashCode()和equals()[可以重寫hashCode()和equals()]，為了最佳化HashMap空間的使用，您可以調優初始容量和負載因子。

(1)HashMap(): 構建一個空的雜湊映像
(2)HashMap(Map m): 構建一個雜湊映像，並且添加映像m的所有映射
(3)HashMap(int initialCapacity): 構建一個擁有特定容量的空的雜湊映像
(4)HashMap(int initialCapacity, float loadFactor): 構建一個擁有特定容量和載入因子的空的雜湊映像

TreeMap：基於紅/黑樹狀結構實現。TreeMap沒有調優選項，因為該樹總處於平衡狀態。

(1)TreeMap():構建一個空的映像樹
(2)TreeMap(Map m): 構建一個映像樹，並且添加映像m中所有元素
(3)TreeMap(Comparator c): 構建一個映像樹，並且使用特定的比較子對關鍵字進行排序
(4)TreeMap(SortedMap s): 構建一個映像樹，添加映像樹s中所有映射，並且使用與有序映像s相同的比較子排序

3.兩種常規Map效能

HashMap：適用於在Map中插入、刪除和定位元素。
Treemap：適用於按自然順序或自訂順序遍曆鍵(key)。

4.總結

HashMap通常比TreeMap快一點(樹和雜湊表的資料結構使然)，建議多使用HashMap，在需要排序的Map時候才用TreeMap。

import java.util.HashMap; import java.util.Hashtable; import java.util.Iterator; import java.util.Map; import java.util.TreeMap; public class HashMaps { public static void main(String[] args) { Map<String, String> map = new HashMap<String, String>(); map.put("a", "aaa"); map.put("b", "bbb"); map.put("c", "ccc"); map.put("d", "ddd"); Iterator<String> iterator = map.keySet().iterator(); while (iterator.hasNext()) { Object key = iterator.next(); System.out.println("map.get(key) is :" + map.get(key)); } // 定義HashTable,用來測試 Hashtable<String, String> tab = new Hashtable<String, String>(); tab.put("a", "aaa"); tab.put("b", "bbb"); tab.put("c", "ccc"); tab.put("d", "ddd"); Iterator<String> iterator_1 = tab.keySet().iterator(); while (iterator_1.hasNext()) { Object key = iterator_1.next(); System.out.println("tab.get(key) is :" + tab.get(key)); } TreeMap<String, String> tmp = new TreeMap<String, String>(); tmp.put("a", "aaa"); tmp.put("b", "bbb"); tmp.put("c", "ccc"); tmp.put("d", "cdc"); Iterator<String> iterator_2 = tmp.keySet().iterator(); while (iterator_2.hasNext()) { Object key = iterator_2.next(); System.out.println("tmp.get(key) is :" + tmp.get(key)); } } }

運行結果如下：

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的結果是沒有排序的，而TreeMap輸出的結果是排好序的。

下面就要進入本文的主題了。先舉個例子說明一下怎樣使用HashMap:

import java.util.*; public class Exp1 { public static void main(String[] args){ HashMap h1=new HashMap(); Random r1=new Random(); for (int i=0;i<1000;i++){ Integer t=new Integer(r1.nextInt(20)); if (h1.containsKey(t)) ((Ctime)h1.get(t)).count++; else h1.put(t, new Ctime()); } System.out.println(h1); } } class Ctime{ int count=1; public String toString(){ return Integer.toString(count); } }

在HashMap中通過get()來擷取value，通過put()來插入value，ContainsKey()則用來檢驗對象是否已經存在。可以看出，和ArrayList的操作相比，HashMap除了通過key索引其內容之外，別的方面差異並不大。

前面介紹了，HashMap是基於HashCode的，在所有對象的超類Object中有一個HashCode()方法，但是它和equals方法一樣，並不能適用於所有的情況，這樣我們就需要重寫自己的HashCode()方法。下面就舉這樣一個例子：

import java.util.*; public class Exp2 { public static void main(String[] args){ HashMap h2=new HashMap(); for (int i=0;i<10;i++) h2.put(new Element(i), new Figureout()); System.out.println("h2:"); System.out.println("Get the result for Element:"); Element test=new Element(5); if (h2.containsKey(test)) System.out.println((Figureout)h2.get(test)); else System.out.println("Not found"); } } class Element{ int number; public Element(int n){ number=n; } } class Figureout{ Random r=new Random(); boolean possible=r.nextDouble()>0.5; public String toString(){ if (possible) return "OK!"; else return "Impossible!"; } }

在這個例子中，Element用來索引對象Figureout,也即Element為key，Figureout為value。在 Figureout中隨機產生一個浮點數，如果它比0.5大，列印”OK!”，否則列印”Impossible!”。之後查看Element(3)對應的 Figureout結果如何。

結果卻發現，無論你運行多少次，得到的結果都是”Not found”。也就是說索引Element(3)並不在HashMap中。這怎麼可能呢？

原因得慢慢來說：Element的HashCode方法繼承自Object，而Object中的HashCode方法返回的HashCode對應於 當前的地址，也就是說對於不同的對象，即使它們的內容完全相同，用HashCode（）返回的值也會不同。這樣實際上違背了我們的意圖。因為我們在使用 HashMap時，希望利用相同內容的對象索引得到相同的目標對象，這就需要HashCode()在此時能夠返回相同的值。在上面的例子中，我們期望 new Element(i) (i=5)與 Elementtest=newElement(5)是相同的，而實際上這是兩個不同的對象，儘管它們的內容相同，但它們在記憶體中的地址不同。因此很自然 的，上面的程式得不到我們設想的結果。下面對Element類更改如下：

class Element{ int number; public Element(int n){ number=n; } public int hashCode(){ return number; } public boolean equals(Object o){ return (o instanceof Element) && (number==((Element)o).number); } }

在這裡Element覆蓋了Object中的hashCode()和equals()方法。覆蓋hashCode()使其以number的值作為 hashcode返回，這樣對於相同內容的對象來說它們的hashcode也就相同了。而覆蓋equals()是為了在HashMap判斷兩個key是否 相等時使結果有意義（有關重寫equals()的內容可以參考我的另一篇文章《重新編寫Object類中的方法》）。修改後的程式運行結果如下：

h2:
Get the result for Element:
Impossible!

請記住：如果你想有效使用HashMap，你就必須重寫在其的HashCode()。

還有兩條重寫HashCode()的原則：
[list=1]

不必對每個不同的對象都產生一個唯一的hashcode，只要你的HashCode方法使get()能夠得到put()放進去的內容就可以了。即”不為一原則”。

產生hashcode的演算法盡量使hashcode的值分散一些，不要很多hashcode都集中在一個範圍內，這樣有利於提高HashMap的效能。即”分散原則”。至於第二條原則的具體原因，有興趣者可以參考Bruce Eckel的《Thinking in Java》，在那裡有對HashMap內部實現原理的介紹，這裡就不贅述了。

掌握了這兩條原則，你就能夠用好HashMap編寫自己的程式了。不知道大家注意沒有，java.lang.Object中提供的三個方法：clone()，equals()和hashCode()雖然很典型，但在很多情況下都不能夠適用，它們只是簡單的由對象的地址得出結果。這就需要我們在自己的程式中重寫它們，其實java類庫中也重寫了千千萬萬個這樣的方法。利用物件導向的多態性——覆蓋，Java的設計者很優雅的構建了Java的結構，也更加體現了Java是一門純OOP語言的特性。

Java中HashMap和TreeMap的區別深入理解