Java中 HashMap 和 TreeMap 的区别

拼搏现实的明天。 2022-06-02 01:50 248阅读 0赞

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 ArrayLis t和 Vector，HashMap 和H ashtable  
（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。

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)); 
    } 
    } 
    }

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:

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：

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][Link 1]，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。

1、线程安全

> 首先要明白线程的工作原理，jvm有一个main memory，而每个线程有自己的working  
> memory，一个线程对一个variable进行操作时，都要在自己的working  
> memory里面建立一个copy，操作完之后再写入main  
> memory。多个线程同时操作同一个variable，就可能会出现不可预知的结果。根据上面的解释，很容易想出相应的scenario。  
> 而用synchronized的关键是建立一个monitor，这个monitor可以是要修改的variable也可以其他你认为合适的object比如method，然后通过给这个monitor加锁来实现线程安全，每个线程在获得这个锁之后，要执行完  
> load到workingmemory －> use&assign －> store到mainmemory  
> 的过程，才会释放它得到的锁。这样就实现了所谓的线程安全。
> 
> 什么是线程安全?线程安全是怎么完成的(原理)? 线程安全就是说多线程访问同一代码，不会产生不确定的结果。编写线程安全的代码是低依靠线程同步。

Vector和ArrayList在使用上非常相似,都可用来表示一组数量可变的对象应用的集合,并且可以随机地访问其中的元素。 　　 Vector的方法都是同步的(Synchronized),是线程安全的(thread-safe)，而ArrayList的方法不是，由于线程的同步必然要影响性能，因此,ArrayList的性能比Vector好。 ArrayList和LinkedList区别 　　 对于处理一列数据项,Java提供了两个类ArrayList和LinkedList,ArrayList的内部实现是基于内部数组Object[],所以从概念上讲,它更象数组，但LinkedList的内部实现是基于一组连接的记录,所以,它更象一个链表结构，所以,它们在性能上有很大的差别。 　　 从上面的分析可知,在ArrayList的前面或中间插入数据时,你必须将其后的所有数据相应的后移,这样必然要花费较多时间，所以,当你的操作是在一列数据的后面添加数据而不是在前面或中间,并且需要随机地访问其中的元素时,使用ArrayList会提供比较好的性能 　　 而访问链表中的某个元素时,就必须从链表的一端开始沿着连接方向一个一个元素地去查找,直到找到所需的元素为止，所以,当你的操作是在一列数据的前面或中间添加或删除数据,并且按照顺序访问其中的元素时,就应该使用LinkedList了。 　　 如果在编程中,1，2两种情形交替出现,这时,你可以考虑使用List这样的通用接口,而不用关心具体的实现，在具体的情形下,它的性能由具体的实现来保证。

HashTable和HashMap采用相同的存储机制，二者的实现基本一致，不同的是： 1)、HashMap是非线程安全的，HashTable是线程安全的，内部的方法基本都是synchronized。 2)、HashTable不允许有null值的存在。 在HashTable中调用put方法时，如果key为null，直接抛出NullPointerException。其它细微的差别还有，比如初始化Entry数组的大小等等，但基本思想和HashMap一样。 HashSet： 1、HashSet基于HashMap实现，无容量限制。 2、HashSet是非线程安全的。 3、HashSet不保证有序。 HashMap： 1、HashMap采用数组方式存储key，value构成的Entry对象，无容量限制。 2、HashMap基于Key hash查找Entry对象存放到数组的位置，对于hash冲突采用链表的方式来解决。 3、HashMap在插入元素时可能会要扩大数组的容量，在扩大容量时须要重新计算hash，并复制对象到新的数组中。 4、HashMap是非线程安全的。 5、HashMap遍历使用的是Iterator HashTable 1、HashTable是线程安全的。 2、HashTable中无论是Key，还是Value都不允许为null。 3、HashTable遍历使用的是Enumeration。

TreeSet： 1、TreeSet基于TreeMap实现，支持排序。 2、TreeSet是非线程安全的。 从对HashSet和TreeSet的描述来看，TreeSet和HashSet一样，也是完全基于Map来实现的，并且都不支持get(int)来获取指定位置的元素（需要遍历获取），另外TreeSet还提供了一些排序方面的支持。例如传入Comparator实现、descendingSet以及descendingIterator等。 TreeMap： 1、TreeMap是一个典型的基于红黑树的Map实现，因此它要求一定要有Key比较的方法，要么传入Comparator实现，要么key对象实现Comparable接口。 2、TreeMap是非线程安全的。

原文地址： [http://www.codeceo.com/article/java-hashmap-treemap.html][http_www.codeceo.com_article_java-hashmap-treemap.html]

[ThreadLocal]: http://www.codeceo.com/article/threadlocal-usage.html
[Link 1]: http://www.codeceo.com/article/float-number.html
[http_www.codeceo.com_article_java-hashmap-treemap.html]: http://www.codeceo.com/article/java-hashmap-treemap.html