Java中HashMap和TreeMap的區別深入理解

首先介紹一下什麼是Map。在數組中我們是透過數組下標來對其內容索引的，而在Map中我們透過物件來對物件進行索引，用來索引的物件叫做key，其對應的物件叫做value。這就是我們平常說的鍵值對。

HashMap透過hashcode對其內容進行快速查找，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 非執行緒安全TreeMap 非執行緒安全 

執行緒安全 
在Java裡，執行緒安全性一般體現在兩個面向： 
1、多個thread對同一個執行緒實例的存取（read和javaify）不會互相干擾，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物件時，其它執行緒remove一個element，問題就出現了。 

2、每個執行緒都有自己的字段，而不會在多個執行緒之間共用。它主要體現在java.lang.ThreadLocal類，而沒有Java關鍵字支持，如像static、transient。 
1.AbstractMap抽象類別和SortedMap介面 
AbstractMap抽象類別：(HashMap繼承AbstractMap)覆寫了equals()和hashCode()方法以確保兩個相等映射傳回相同的雜湊碼。如果兩個映射大小相等、包含相同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介面的實作。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。除了排序是作用在映射的鍵以外，處理SortedMap和處理SortedSet一樣。新增到SortedMap實作類別的元素必須實作Comparable接口，否則您必須給它的建構函式提供一個Comparator介面的實作。 TreeMap類別是它的唯一一份實作。 

2.兩種常規Map實作 
HashMap：基於雜湊表實作。使用HashMap要求新增的鍵類別明確定義了hashCode()和equals()[可以重寫hashCode()和equals()]，為了優化HashMap空間的使用，您可以調優初始容量和負載因子。
(1)HashMap(): 建立一個空的雜湊映像 
(2)HashMap(Map m): 建立一個雜湊映像，並且新增映像m的所有映射 
(3)HashMap(int initialCapacity): 建立一個擁有特定容量的空的雜湊映像 
(4)HashMap(int initialCapacity, float loadFactor): 建立一個擁有特定容量和載入因子的空的哈希映像 
TreeMap：基於紅黑樹實現。 TreeMap沒有調優選項，因為該樹總是處於平衡狀態。
(1)TreeMap():建立一個空的映像樹 
(2)TreeMap(Map m): 建立映像樹，並且新增映像m中所有元素 
(3)TreeMap(Comparator c): 建立映像樹，並且使用特定的比較器對關鍵字進行排序 
(4)TreeMap(SortedMap s): 建立映像樹，添加映像樹s中所有映射，並且使用與有序映像s相同的比較器排序 

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：適用於以自然順序或自訂順序遍歷鍵(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)); 
} 
// 定义HashTable,用来测试 
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) 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。先舉個例子說明如何使用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中透過get()來取得value，透過put()來插入value，ContainsKey()則用來檢驗物件是否已經存在。可以看出，和ArrayList的操作相比，HashMap除了透過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，在所有物件的超類別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： 

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。

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