HashMap、TreeMap、HashTable和LinkedHashMap的联系与区别

　　在Java中，Map是作为一个顶级接口，构成了集合框架的一个重要分支。本文将演示如何去使用不同的Map类型，因为在JDK中，Map接口具有HashMap、TreeMap、HashTable和LinkdedHashMap四个子接口。

一、Map概述

　　在JDK中，一共有多达四种Map接口，它们是HashMap、TreeMap、HashTable、LinkedHashMap，它们的使用频率都非常的高。我们用一句话描述它们的最主要特点：

　　1. HashMap是基于哈希表(hash table)实现，其keys和values都没有顺序，允许key为null，且唯一。

　　2. TreeMap是基于红黑树(red-black tree)实现，按照keys排序元素，不允许key为null。

　　3. LinkedHashMap是基于哈希表(hash table)实现，是HashMap的子类，所以通过继承机制，拥有了HashMap的所有特性。而且，它还增加了保持元素插入顺序的特性（按照插入顺序排序元素）。

　　4. HashTable区别于HashMap的地方只有，它是同步的(synchronized)，并因此性能较低些。不允许有 null 值。为了性能，在线程安全的代码中，优先考虑使用HashMap。

 

二、HashMap的键约束

　　HashMap底层是基于哈希表实现的，而哈希表对于键值有约束。当使用自定义的类型来做HashMap的键时，为了程序的运行结果正确，必须定义该类型的equals()方法和hashCode()方法。

class Dog {
　　String color;
 
　　Dog(String color) {
　　　　this.color = color;
　　}
 
　　public String toString() {
　　　　return color + " dog";
　　}
}
 
public class Main {
　　public static void main(String[] args) {
　　　　HashMap<Dog, Integer> dogMap = new HashMap<Dog, Integer>();
 
　　　　dogMap.put(new Dog("red"), 10);
　　　　dogMap.put(new Dog("black"), 15);
　　　　dogMap.put(new Dog("white"), 5);
　　　　dogMap.put(new Dog("white"), 20);
 
　　　　System.out.println(dogMap.size());
　　　　for (Entry<Dog, Integer> entry : dogMap.entrySet()) {
　　　　　　System.out.println(entry.getKey(),toString() + " - " + entry.getValue());
　　　　}
　　}
}

此代码片段的输出结果如下所示：

4
white dog - 5
black dog -15
red dog - 10
white dog - 20

　　可以发现，我们此处错误地添加了两个“white dogs”到dogMap集合中，但是，dogMap却没有报告错误。实际上，我们希望只能够添加一个“white dogs”到该dogMap中。这种情况下，我们应该重写Dog类的equals()方法和hashCode()方法。

class Dog {
　　String color;
 
　　Dog(String color) {
　　　　this.color = color;
　　}
 
　　@Override
　　public boolean equals(Object o) {
　　　　return ((Dog) o).color.equals(this.color);
　　}
 
　　@Override
　　public int hashCode() {
　　　　return color.length();
　　}
 
　　public String toString() {
　　　　return color + " dog";
　　}
}

这样修改以后，我们的输出结果将变成如下所示：

3
red dog - 10
white dog - 20
black dog - 15

　　这种现象的背后魔法其实很简单。HashMap是不允许存储相同的元素的，但是，HashMap判断元素是否相同的依据就是该元素的键值是否相同。此处我们的键值类型是Dog，而两个Dog对象是否相同，其实是取决于Dog对象的equals()方法和hashCode()方法。对于自定义的类型而言，其默认的equals()方法和hashCode()方法来源与Java中的超级父类java.lang.Object，它们都是只在两个对象引用的是同一个对象时，才返回true值。但是，对于Dog对象，我们希望当它们的color一样时，就认为两个Dog是相等的，所以，我们必须重写其equals()方法和hashCode()方法。

 

三、TreeMap的元素顺序

　　TreeMap可以排序元素，问题是，TreeMap排序元素的依据是什么呢？对于Dog类，假设我们有如下的代码片段：

public class Main {
　　public static void main(String[] args) {
　　　　TreeMap<Dog, Integer> dogMap = new TreeMap<Dog, Integer>();
　　　　　　dogMap.put(new Dog("red"), 10);
　　　　　　dogMap.put(new Dog("black"), 15);
　　　　　　dogMap.put(new Dog("white"), 5);
 
　　　　for (Entry<Dog, Integer> entry : dogMap.entrySet()) {
　　　　　　System.out.println(entry.getKey() + " - " + entry.getValue());
　　　　}
　　}
}

 此代码片段编译能够通过，但是运行时会出现如下所示的错误：

Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: collection.Dog cannot be cast to java.lang.Comparable
at java.util.TreeMap.put(Unknown Source)
at collection.Main.main(Main.java:35)

　　出现此错误的原因在于：TreeMap的底层实现是红黑树，并因此能够根据键值来排序元素。所以，TreeMap的键值必须可以相互比较大小，换言之，键值的类型必须实现java.util.Comparable接口。所以，我们应该修改Dog类成为如下所示：

class Dog implements Comparable {
　　String color;
　　int size;
 
　　Dog(String color, int size) {
　　　　this.color = color;
　　　　this.size = size;
　　}
 
　　@Override
　　public int compareTo(Dog o) {
　　　　return o.size - this.size;
　　}
}
 
public class Main {
　　public static void main(String[] args) {
　　　　TreeMap<Dog, Integer> dogMap = new TreeMap<Dog, Integer>();
　　　　dogMap.put(new Dog("red", 20), 5);
　　　　dogMap.put(new Dog("black", 30), 10);
　　　　dogMap.put(new Dog("white", 10), 15);
　　　　dogMap.put(new Dog("white", 10), 20);
　　　　for (Entry<Dog, Integer> entry : dogMap.entrySet()) {
　　　　　　System.out.println(entry.getKey().color + " - " + entry.getKey().size + " - " + entry.getValue());
       }
　　}
}

该代码的输出结果是：

white - 10 - 20
red - 20 - 5
black - 30 - 10

注意：我们往dogMap中添加了四个Dog对象，输出结果却显示dogMap只包含三个Dog对象。
结论：TreeMap由于底层实现是红黑树，而HashMap、Hashtable和LinkedHashMap的底层数据结构都是哈希表，所以TreeMap集合要求其键值必须实现Comparable接口，并且使用其作为元素判等和比较大小的唯一依据。而其他三个Map都使用hashCode()方法和equals()方法来判断元素是否相等。

 

四、HashMap与Hashtable的区别

No	HashMap	HashTable
1	继承的是AbstractMap类	继承的的是Dicionary类
2	非线程安全	线程安全
3	允许存在null的key	不允许存在空key

　　1、继承的父类

　　　　1）HashMap继承的是AbstractMap类 

　　　　2）Hashtable继承的的是Dicionary类 

 　   2、线程安全

　　　　1）HashMap是非线程安全的（效率比较的高） 
　　　　2）Hashtable是线程安全的（效率相对比较低）

　　3、key值是否可以存在null

　　　　1）HashMap可以允许为空 

 

　　大家可以发现如果是空的key ，先判断一下HashMap的第一个Bucket，也就是第一个Entry<K,V>(HashMap和Hashtable中，都维护的是一个Entry<K,V>[] 链表数组)中是否存在，如果存在就修改值，如果不存在，就添加这个值（添加的位置是第一个 Bucket里面）。 

 

 

 　　　　2）Hashtable是不允许存在空的key 

 

五、LinkedHashMap

　　LinkedHashMap基于链表的数据结构，是HashMap的子类，所以通过继承机制，拥有了HashMap的所有特性。而且，它还增加了保持元素插入顺序的特性（按照插入顺序排序元素）。

 

 六、ConcurrentHashMap

　　这个是无锁多线程编程所提供的一个集合组合，是基于cpu层面的CAS原子操作，用到这个操作，只需要在取队列元素和添加队列元素的时候利用CAS原子操作，就可以保证多个线程对队列元素的有序存取。