Java中HashMap和TreeMap的区别深入理解

首先介绍一下什么是Map。在数组中我们是通过数组下标来对其内容索引的，而在Map中我们通过对象来对对象进行索引，用来索引的对象叫做key，其对应的对象叫做value。这就是我们平时说的键值对。

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ArrayList和Vector，HashMap和Hashtable 

（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javalangThreadLocal类，而没有Java关键字支持，如像static、transient那样。 

1AbstractMap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MapEntry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 javautilHashMap; 

import javautilHashtable; 

import javautilIterator; 

import javautilMap; 

import javautilTreeMap; 

public class HashMaps { 

public static void main(String[] args) { 

Map<String, String> map = new HashMap<String, String>(); 

mapput("a", "aaa"); 

mapput("b", "bbb"); 

mapput("c", "ccc"); 

mapput("d", "ddd"); 

Iterator<String> iterator = mapkeySet()iterator(); 

while (iteratorhasNext()) { 

Object key = iteratornext(); 

Systemoutprintln("mapget(key) is :" + mapget(key)); 

} 

// 定义HashTable,用来测试 

Hashtable<String, String> tab = new Hashtable<String, String>(); 

tabput("a", "aaa"); 

tabput("b", "bbb"); 

tabput("c", "ccc"); 

tabput("d", "ddd"); 

Iterator<String> iterator_1 = tabkeySet()iterator(); 

while (iterator_1hasNext()) { 

Object key = iterator_1next(); 

Systemoutprintln("tabget(key) is :" + tabget(key)); 

} 

TreeMap<String, String> tmp = new TreeMap<String, String>(); 

tmpput("a", "aaa"); 

tmpput("b", "bbb"); 

tmpput("c", "ccc"); 

tmpput("d", "cdc"); 

Iterator<String> iterator_2 = tmpkeySet()iterator(); 

while (iterator_2hasNext()) { 

Object key = iterator_2next(); 

Systemoutprintln("tmpget(key) is :" + tmpget(key)); 

} 

} 

}

运行结果如下： 

mapget(key) is :ddd 

mapget(key) is :bbb 

mapget(key) is :ccc 

mapget(key) is :aaa 

tabget(key) is :bbb 

tabget(key) is :aaa 

tabget(key) is :ddd 

tabget(key) is :ccc 

tmpget(key) is :aaa 

tmpget(key) is :bbb 

tmpget(key) is :ccc 

tmpget(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 javautil; 

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(r1nextInt(20)); 

if (h1containsKey(t)) 

((Ctime)h1get(t))count++; 

else 

h1put(t, new Ctime()); 

} 

Systemoutprintln(h1); 

} 

} 

class Ctime{ 

int count=1; 

public String toString(){ 

return IntegertoString(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 *** 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 javautil; 

public class Exp2 { 

public static void main(String[] args){ 

HashMap h2=new HashMap(); 

for (int i=0;i<10;i++) 

h2put(new Element(i), new Figureout()); 

Systemoutprintln("h2:"); 

Systemoutprintln("Get the result for Element:"); 

Element test=new Element(5); 

if (h2containsKey(test)) 

Systemoutprintln((Figureout)h2get(test)); 

else 

Systemoutprintln("Not found"); 

} 

} 

class Element{ 

int number; 

public Element(int n){ 

number=n; 

} 

} 

class Figureout{ 

Random r=new Random(); 

boolean possible=rnextDouble()>05; 

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05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，javalangObject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。

java中可以使用hashmap的entry来查找key值，示例如下：

private static ArrayList valueGetKey(Map map,String value) {

    Set set = mapentrySet();//新建一个不可重复的集合

    ArrayList arr = new ArrayList<>();//新建一个集合

    Iterator it = setiterator();//遍历的类

    while(ithasNext()) {

      MapEntry entry = (MapEntry)itnext();//找到所有key-value对集合

      if(entrygetValue()equals(value)) {//通过判断是否有该value值

        int s = (int)entrygetKey();//取得key值

        arradd(s);

      }

    }

    return arr;

  }

hm已是一个HashMap的引用

如果你知道当前的这个key,可以通过hmget(key)方法来获得value

获得key的方法hmkeySet();因为你不知道key是哪个其实该方法就是获得一个key的集合

具体可以结合以下例子看看,里面有个迭代器用于遍历的

Set s=hmkeySet();//通过keySet方法可获得所有key的集合,放在一个容器Set里面

Iterator it=siterator();//获得一个迭代器引用it,通过siterator方法好比使“指针”指向

//set里面的第一个元素的位置

while(ithasNext())//set里面如果有下一个

{

Integer key=itnext();//返回当前set中的这个元素（因为set中都是放的key,“指针”指向下一个

Systemoutprintln(hmget(key));//利用hmget(key)方法获得该key对应的value

}

ConcurrentHashMap是线程安全的，使用环境大多在多线程环境下，在高并发情况下保证数据的可见性和一致性。

HashMap是一种键值对的数据存储容器，在JDK17中使用的是数组+链表的存储结构，在JDK18使用的是数组+链表+红黑树的存储结构，关于HashMap的实现原理可以查看 《hashMap实现原理》 。

HashMap是线程不安全的，主要体现在多线程环境下，容器扩容的时候会造成环形链表的情况，关于hashMap线程不安全原因可以查看 《HashMap线程不安全原因》

HashTable也是一种线程安全的键值对容器，我们一般都是听说过，具体使用较少，为什么线程安全的HashTable在多线程环境下使用较少，主要原因在于其效率较低（虽然效率低，但是很安全在多线程环境下）。

下面来分析一下HashTable为什么线程安全，但是效率较低的原因？

查看HashTable类，我们发现在源码中所有的方法都加上了synchronized同步关键字，这也就保证的在多线程环境下线程安全，由于所有的方法都加上了synchronized，这也就导致在一个线程获取到HashTable对象锁的时候，其他线程是不能访问HashTable中的其他方法的，比如A线程在使用HashTable的get()方法时，当B线程想使用HashTable的put()方法的时候必须等到A线程使用完get()方法并释放锁，而且B线程正好能够获取到HashTable的锁的时候才行，这样在多线程环境下就会造成线程长时间的阻塞。使其效率底下的原因所在。

在HashTable中由于在方法上设置synchronized，导致虽然是线程安全的，但是只有一个HashTable的对象锁，也就是说同一时刻只能有一个线程可以访问HashTable，线程都必须竞争同一把锁。假如容器中里面有多把锁，每把锁用于锁住容器的一部分数据，那么当多线程访问容器里面不同的数据时，多线程之间就不会存在锁的竞争，从而提高了并发访问的效率，这就是ConcurrentHashMap的 锁分段技术 。

ConcurrentHashMap是由Segment数组结构和HashEntry数组结构组成。Segment是一种可重入锁（ReentrantLock），在ConcurrentHashMap里扮演锁的角色；HashEntry则用于存储键值对数据。一个ConcurrentHashMap里包含一个Segment数组。Segment的结构和HashMap类似，是一种数组和链表结构。一个Segment里包含一个HashEntry数组，每个HashEntry是一个链表结构的元素，每个Segment守护着一个HashEntry数组里的元素，当对HashEntry数组的数据进行修改时，必须首先获得与它对应的Segment锁

ConcurrentHashMap的初始化

在ConcurrentHashMap中如何将数据均匀的散列到每一个Segment中？如果数据不能均匀的散列到各个Segment中，那么ConcurrentHashMap的并行性就会下降，好比，所有的数据都在一个Segment中，那么一个ConcurrentHashMap中就相当于只有一个锁，这和HashTable没有什么区别，所以通过一个hash()方法，将数据均匀的散列到不同的Segment中去（注意，虽然经过散列数据会均匀分散的不同的Segment中去，但是，也会有可能出现一个Segment中数据过多的问题，如果数据过多，多线程访问到的概率就会增加，导致并行度下降，如何优化解决ConcurrentHashMap中锁的加入时机和位置，这就是JDK18对ConcurrentHashMap所要做的事情）

查看ConcurrentHashMap的put()方法

由于put方法里需要对共享变量进行写入 *** 作，所以为了线程安全，在 *** 作共享变量时必须加锁。put方法首先定位到Segment，然后在Segment里进行插入 *** 作。插入 *** 作需要经历两个步骤，第一步判断是否需要对Segment里的HashEntry数组进行扩容，第二步定位添加元素的位置，然后将其放在HashEntry数组里。

（1）是否需要扩容

在插入元素前会先判断Segment里的HashEntry数组是否超过容量（threshold），如果超过阈值，则对数组进行扩容。值得一提的是，Segment的扩容判断比HashMap更恰当，因为HashMap是在插入元素后判断元素是否已经到达容量的，如果到达了就进行扩容，但是很有可能扩容之后没有新元素插入，这时HashMap就进行了一次无效的扩容。

（2）如何扩容

在扩容的时候，首先会创建一个容量是原来容量两倍的数组，然后将原数组里的元素进行再散列后插入到新的数组里。为了高效，ConcurrentHashMap不会对整个容器进行扩容，而只对某个segment进行扩容。

get *** 作的高效之处在于整个get过程不需要加锁，除非读到的值是空才会加锁重读。我们知道HashTable容器的get方法是需要加锁的，那么ConcurrentHashMap的get *** 作是如何做到不加锁的呢？原因是它的get方法里将要使用的共享变量都定义成volatile类型（关于volatile可以查看 《volatile synchronized final的内存语义》 ），如用于统计当前Segement大小的count字段和用于存储值的HashEntry的value。定义成volatile的变量，能够在线程之间保持可见性，能够被多线程同时读，并且保证不会读到过期的值，但是只能被单线程写（有一种情况可以被多线程写，就是写入的值不依赖于原值），在get *** 作里只需要读不需要写共享变量count和value，所以可以不用加锁。

锁的优化

在前面我们提到，在JDK17中ConcurrentHashMap使用锁分段的技术，提高了ConcurrentHashMap的并行度，虽然经过散列数据会均匀分散的不同的Segment中去，但是也会有可能出现一个Segment中数据过多的问题，如果数据过多，多线程访问到的概率就会增加，导致并行度下降。

在JDK18中ConcurrentHashMap细化了锁的粒度，缩小了公共资源的范围。采用synchronized+CAS的方式实现对共享资源的安全访问，只锁定当前链表或红黑二叉树的 首节点 ，这样只要hash不冲突，就不会产生并发，效率又提升N倍。

结构优化

在JDK17中ConcurrentHashMap的结构是数组+链表，我们知道链表随机插入和删除较快，但是查询和修改则会很慢，在ConcurrentHashMap中如果存在一个数组下标下的链表过长，查找某个value的复杂度为O(n)，

在JDK18中ConcurrentHashMap的结构是数组+链表+红黑树，在链表的长度不超过8时，使用链表，在链表长度超过8时，将链表转换为红黑树复杂度变成O(logN)。效率提高

下面是JDK18中ConcurrentHashMap的数据结构

TreeBin:红黑树数节点     Node:链表节点

在JDK18中，hash()方法得到了简化，提高了效率，但是增加了碰撞的概率，不过碰撞的概率虽然增加了，但是通过红黑树可以优化，总的来说还是相较JDK17有很大的优化。

下面来分析put()，来观察JDK18中如何采用synchronized+CAS的方式细化锁的粒度，只锁定当前链表或红黑二叉树的 首节点。

if (null != map && !mapisEmpty ())

{

for ( Entry<String, List> entry : mapentrySet () )

{

List<Entity> list = entrygetValue ();

for ( Entity entity : list )

{

Systemoutprintln (entity);

}

}

}

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