對(duì)Java中HashMap和TreeMap的區(qū)別的深入理解
首先介紹一下什么是Map。在數(shù)組中我們是通過(guò)數(shù)組下標(biāo)來(lái)對(duì)其內(nèi)容索引的，而在Map中我們通過(guò)對(duì)象來(lái)對(duì)對(duì)象進(jìn)行索引，用來(lái)索引的對(duì)象叫做key，其對(duì)應(yīng)的對(duì)象叫做value。這就是我們平時(shí)說(shuō)的鍵值對(duì)。
HashMap通過(guò)hashcode對(duì)其內(nèi)容進(jìn)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(gè)有序的結(jié)果你就應(yīng)該使用TreeMap（HashMap中元素的排列順序是不固定的）。
HashMap 非線程安全 TreeMap 非線程安全
線程安全
在Java里，線程安全一般體現(xiàn)在兩個(gè)方面：
1、多個(gè)thread對(duì)同一個(gè)java實(shí)例的訪問(wèn)（read和modify）不會(huì)相互干擾，它主要體現(xiàn)在關(guān)鍵字synchronized。如ArrayList和Vector，HashMap和Hashtable
（后者每個(gè)方法前都有synchronized關(guān)鍵字）。如果你在interator一個(gè)List對(duì)象時(shí)，其它線程remove一個(gè)element，問(wèn)題就出現(xiàn)了。
2、每個(gè)線程都有自己的字段，而不會(huì)在多個(gè)線程之間共享。它主要體現(xiàn)在java.lang.ThreadLocal類，而沒(méi)有Java關(guān)鍵字支持，如像static、transient那樣。
1.AbstractMap抽象類和SortedMap接口
AbstractMap抽象類：(HashMap繼承AbstractMap)覆蓋了equals()和hashCode()方法以確保兩個(gè)相等映射返回相同的哈希碼。如果兩個(gè)映射大小相等、包含同樣的鍵且每個(gè)鍵在這兩個(gè)映射中對(duì)應(yīng)的值都相同，則這兩個(gè)映射相等。映射的哈希碼是映射元素哈希碼的總和，其中每個(gè)元素是Map.Entry接口的一個(gè)實(shí)現(xiàn)。因此，不論映射內(nèi)部順序如何，兩個(gè)相等映射會(huì)報(bào)告相同的哈希碼。
SortedMap接口：（TreeMap繼承自SortedMap）它用來(lái)保持鍵的有序順序。SortedMap接口為映像的視圖(子集)，包括兩個(gè)端點(diǎn)提供了訪問(wèn)方法。除了排序是作用于映射的鍵以外，處理SortedMap和處理SortedSet一樣。添加到SortedMap實(shí)現(xiàn)類的元素必須實(shí)現(xiàn)Comparable接口，否則您必須給它的構(gòu)造函數(shù)提供一個(gè)Comparator接口的實(shí)現(xiàn)。TreeMap類是它的唯一一份實(shí)現(xiàn)。
2.兩種常規(guī)Map實(shí)現(xiàn)
HashMap：基于哈希表實(shí)現(xiàn)。使用HashMap要求添加的鍵類明確定義了hashCode()和equals()[可以重寫(xiě)hashCode()和equals()]，為了優(yōu)化HashMap空間的使用，您可以調(diào)優(yōu)初始容量和負(fù)載因子。
(1)HashMap(): 構(gòu)建一個(gè)空的哈希映像
(2)HashMap(Map m): 構(gòu)建一個(gè)哈希映像，并且添加映像m的所有映射
(3)HashMap(int initialCapacity): 構(gòu)建一個(gè)擁有特定容量的空的哈希映像
(4)HashMap(int initialCapacity, float loadFactor): 構(gòu)建一個(gè)擁有特定容量和加載因子的空的哈希映像
TreeMap：基于紅黑樹(shù)實(shí)現(xiàn)。TreeMap沒(méi)有調(diào)優(yōu)選項(xiàng)，因?yàn)樵摌?shù)總處于平衡狀態(tài)。
(1)TreeMap():構(gòu)建一個(gè)空的映像樹(shù)
(2)TreeMap(Map m): 構(gòu)建一個(gè)映像樹(shù)，并且添加映像m中所有元素
(3)TreeMap(Comparator c): 構(gòu)建一個(gè)映像樹(shù)，并且使用特定的比較器對(duì)關(guān)鍵字進(jìn)行排序
(4)TreeMap(SortedMap s): 構(gòu)建一個(gè)映像樹(shù)，添加映像樹(shù)s中所有映射，并且使用與有序映像s相同的比較器排序
3.兩種常規(guī)Map性能
HashMap：適用于在Map中插入、刪除和定位元素。
Treemap：適用于按自然順序或自定義順序遍歷鍵(key)。
4.總結(jié)
HashMap通常比TreeMap快一點(diǎn)(樹(shù)和哈希表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)使然)，建議多使用HashMap，在需要排序的Map時(shí)候才用TreeMap。
復(fù)制代碼 代碼如下:
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
map.put("a", "aaa");
map.put("b", "bbb");
map.put("c", "ccc");
map.put("d", "ddd");
Iterator
while (iterator.hasNext()) {
Object key = iterator.next();
System.out.println("map.get(key) is :" + map.get(key));
}
// 定義HashTable,用來(lái)測(cè)試
Hashtable
tab.put("a", "aaa");
tab.put("b", "bbb");
tab.put("c", "ccc");
tab.put("d", "ddd");
Iterator
while (iterator_1.hasNext()) {
Object key = iterator_1.next();
System.out.println("tab.get(key) is :" + tab.get(key));
}
TreeMap
tmp.put("a", "aaa");
tmp.put("b", "bbb");
tmp.put("c", "ccc");
tmp.put("d", "cdc");
Iterator
while (iterator_2.hasNext()) {
Object key = iterator_2.next();
System.out.println("tmp.get(key) is :" + tmp.get(key));
}
}
}
運(yùn)行結(jié)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(jié)果是沒(méi)有排序的，而TreeMap輸出的結(jié)果是排好序的。
下面就要進(jìn)入本文的主題了。先舉個(gè)例子說(shuō)明一下怎樣使用HashMap:
復(fù)制代碼 代碼如下:
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(guò)get()來(lái)獲取value，通過(guò)put()來(lái)插入value，ContainsKey()則用來(lái)檢驗(yàn)對(duì)象是否已經(jīng)存在。可以看出，和ArrayList的操作相比，HashMap除了通過(guò)key索引其內(nèi)容之外，別的方面差異并不大。
前面介紹了，HashMap是基于HashCode的，在所有對(duì)象的超類Object中有一個(gè)HashCode()方法，但是它和equals方法一樣，并不能適用于所有的情況，這樣我們就需要重寫(xiě)自己的HashCode()方法。下面就舉這樣一個(gè)例子：
復(fù)制代碼 代碼如下:
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(gè)例子中，Element用來(lái)索引對(duì)象Figureout,也即Element為key，F(xiàn)igureout為value。在Figureout中隨機(jī)生成一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)，如果它比0.5大，打印"OK!"，否則打印"Impossible!"。之后查看Element(3)對(duì)應(yīng)的Figureout結(jié)果如何。
結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)，無(wú)論你運(yùn)行多少次，得到的結(jié)果都是"Not found"。也就是說(shuō)索引Element(3)并不在HashMap中。這怎么可能呢？
原因得慢慢來(lái)說(shuō)：Element的HashCode方法繼承自O(shè)bject，而Object中的HashCode方法返回的HashCode對(duì)應(yīng)于當(dāng)前的地址，也就是說(shuō)對(duì)于不同的對(duì)象，即使它們的內(nèi)容完全相同，用HashCode（）返回的值也會(huì)不同。這樣實(shí)際上違背了我們的意圖。因?yàn)槲覀冊(cè)谑褂?HashMap時(shí)，希望利用相同內(nèi)容的對(duì)象索引得到相同的目標(biāo)對(duì)象，這就需要HashCode()在此時(shí)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(shí)際上這是兩個(gè)不同的對(duì)象，盡管它們的內(nèi)容相同，但它們?cè)趦?nèi)存中的地址不同。因此很自然的，上面的程序得不到我們?cè)O(shè)想的結(jié)果。下面對(duì)Element類更改如下：
復(fù)制代碼 代碼如下:
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);
}
}
在這里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(duì)于相同內(nèi)容的對(duì)象來(lái)說(shuō)它們的hashcode也就相同了。而覆蓋equals()是為了在HashMap判斷兩個(gè)key是否相等時(shí)使結(jié)果有意義（有關(guān)重寫(xiě)equals()的內(nèi)容可以參考我的另一篇文章《重新編寫(xiě)Object類中的方法》）。修改后的程序運(yùn)行結(jié)果如下：
h2:
Get the result for Element:
Impossible!
請(qǐng)記住：如果你想有效的使用HashMap，你就必須重寫(xiě)在其的HashCode()。
還有兩條重寫(xiě)HashCode()的原則：
[list=1]
不必對(duì)每個(gè)不同的對(duì)象都產(chǎn)生一個(gè)唯一的hashcode，只要你的HashCode方法使get()能夠得到put()放進(jìn)去的內(nèi)容就可以了。即"不為一原則"。
生成hashcode的算法盡量使hashcode的值分散一些，不要很多hashcode都集中在一個(gè)范圍內(nèi)，這樣有利于提高HashMap的性能。即"分散原則"。至于第二條原則的具體原因，有興趣者可以參考Bruce Eckel的《Thinking in Java》，在那里有對(duì)HashMap內(nèi)部實(shí)現(xiàn)原理的介紹，這里就不贅述了。
掌握了這兩條原則，你就能夠用好HashMap編寫(xiě)自己的程序了。不知道大家注意沒(méi)有，java.lang.Object中提供的三個(gè)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(jiǎn)單的由對(duì)象的地址得出結(jié)果。這就需要我們?cè)谧约旱某绦蛑兄貙?xiě)它們，其實(shí)java類庫(kù)中也重寫(xiě)了千千萬(wàn)萬(wàn)個(gè)這樣的方法。利用面向?qū)ο蟮亩鄳B(tài)性——覆蓋，Java的設(shè)計(jì)者很優(yōu)雅的構(gòu)建了Java的結(jié)構(gòu)，也更加體現(xiàn)了Java是一門(mén)純OOP語(yǔ)言的特性。
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