Java集合系列(四)：HashMap、Hashtable、LinkedHashMap、TreeMap的使用方法及区别

2019-08-05 18:06 申城异乡人阅读(1741) 评论(1) 编辑收藏举报

本篇博客主要讲解Map接口的4个实现类HashMap、Hashtable、LinkedHashMap、TreeMap的使用方法以及四者之间的区别。

注意：本文中代码使用的JDK版本为1.8.0_191

值得注意的是，Map接口是独立的接口，并没有继承Collection接口（这里是重点，面试常问）：

public interface Map<K,V> {
	......
}

1. HashMap使用

HashMap是Map接口最常用的实现类，存储Key Value键值对，HashMap不保证元素的顺序但保证Key必须唯一。

HashMap类的代码声明如下所示：

public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {
	......
}

1.1 添加元素

使用HashMap添加元素有以下3个方法：

put
putIfAbsent
putAll

首先看下put()方法的使用方法：

HashMap<String, String> platformMap = new HashMap<>();

// 添加元素
System.out.println(platformMap.put("cnblogs.com", "博客园"));
System.out.println(platformMap.put("juejin.im", "掘金"));
System.out.println(platformMap.put("map.weixin.qq.com", "微信公众号"));
System.out.println(platformMap.put("zwwhnly.com", "个人博客"));

// 添加重复的Key,没有添加成功,但是会更新Key对应的Value值
// 不过代码不会报错,而是返回已经存在Key对应的Value
System.out.println(platformMap.put("zwwhnly.com", "个人博客"));

以上代码运行的输出结果是：

null

null

null

null

个人博客

调试代码也会发现platformMap只有4个元素，而且元素的顺序和添加的顺序不同：

值得注意的是最后一行代码platformMap.put("zwwhnly.com", "个人博客")的返回值是“个人博客”，即之前已存在的Key：zwwhnly.com，对应的Value值。

简单修改下这句代码为：

System.out.println(platformMap.put("zwwhnly.com", "个人博客2"));

再次运行代码，发现输出结果没变，platformMap也还是4个元素，但是platformMap元素的内容变了：

如果Key存在时，不希望Value值被覆盖，可以将代码修改为：

System.out.println(platformMap.putIfAbsent("zwwhnly.com", "个人博客2"));

另外，HashMap还提供了一个putAll()方法来批量添加元素，使用方法如下所示：

HashMap<String, String> platformMap = new HashMap<>();

HashMap<String, String> majorPlatfromMap = new HashMap<>();

// 添加元素
majorPlatfromMap.put("cnblogs.com", "博客园");
majorPlatfromMap.put("juejin.im", "掘金");

HashMap<String, String> otherPlatformMap = new HashMap<>();

otherPlatformMap.put("map.weixin.qq.com", "微信公众号");
otherPlatformMap.put("zwwhnly.com", "个人博客");

otherPlatformMap.put("cnblogs.com", "博客园2");

platformMap.putAll(majorPlatfromMap);
platformMap.putAll(otherPlatformMap);

值得注意的是，由于majorPlatfromMap与otherPlatformMap存在相同的key：cnblogs.com，最终platformMap中Key为”cnblogs.com“的Value值为：“博客园2“，如下图所示：

1.2 获取元素

使用HashMap获取元素有以下2个方法：

get()
getOrDefault()

首先看下get()方法的使用方法：

System.out.println(platformMap.get("cnblogs.com"));
System.out.println(platformMap.get("csdn.com"));

输出结果：

博客园

null

当key不存在时，如果需要设置默认值，可以使用getOrDefault()：

System.out.println(platformMap.getOrDefault("csdn.com", "CSDN"));

上面这句代码的输出结果为：CSDN。

1.3 获取集合元素个数

获取HashMap元素个数的使用方法如下所示：

System.out.println("platformMap的元素个数为：" + platformMap.size());

1.4 删除元素

使用HashMap删除元素有以下2个重载：

public V remove(Object key) {
    Node<K,V> e;
    return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ?
        null : e.value;
}

@Override
public boolean remove(Object key, Object value) {
    return removeNode(hash(key), key, value, true, true) != null;
}

使用方法如下所示：

System.out.println(platformMap.remove("zwwhnly.com"));
System.out.println(platformMap.remove("zwwhnly.com"));
System.out.println(platformMap.remove("map.weixin.qq.com", "微信公众号"));
System.out.println(platformMap.remove("juejin.im", "博客园"));

上面代码的输出结果为：

个人博客

null

true

false

1.5 修改元素

使用HashMap修改元素有以下2个重载：

@Override
public boolean replace(K key, V oldValue, V newValue) {
    Node<K,V> e; V v;
    if ((e = getNode(hash(key), key)) != null &&
        ((v = e.value) == oldValue || (v != null && v.equals(oldValue)))) {
        e.value = newValue;
        afterNodeAccess(e);
        return true;
    }
    return false;
}

@Override
public V replace(K key, V value) {
    Node<K,V> e;
    if ((e = getNode(hash(key), key)) != null) {
        V oldValue = e.value;
        e.value = value;
        afterNodeAccess(e);
        return oldValue;
    }
    return null;
}

使用方法如下所示：

System.out.println(platformMap.replace("cnblogs.com", "博客园：https://www.cnblogs.com/zwwhnly/"));
System.out.println(platformMap.replace("juejin.im", "掘金", "掘金：https://juejin.im/user/5c7ce730f265da2dca388167"));

上面代码的输出结果为：

博客园

true

1.6 判断集合是否为空

判断HashMap是否为空的使用方法如下所示：

System.out.println("isEmpty:" + platformMap.isEmpty());

1.7 遍历元素(面试常问)

遍历HashMap的元素主要有以下4种方式：

使用keySet获取所有的Key，然后遍历
使用Map.entrySet获取所有的元素，然后使用iterator遍历
使用Map.entrySet获取所有的元素，然后使用foreach循环遍历
直接使用values获取到所有的值，该种方式无法遍历Key

其中2和3的方式，使用的是Set集合的2种遍历方式，因为platformMap.entrySet()返回的类型是一个Set集合，里面的元素类型是Map.Entry<K,V>：

public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() {
    Set<Map.Entry<K,V>> es;
    return (es = entrySet) == null ? (entrySet = new EntrySet()) : es;
}

使用方法如下所示：

System.out.println("方式1：使用keySet遍历");
for (String key : platformMap.keySet()) {
    System.out.println("Key:" + key + ",Value:" + platformMap.get(key));
}

System.out.println();
System.out.println("方式2：通过Map.entrySet使用iterator遍历");
Iterator<Map.Entry<String, String>> iterator = platformMap.entrySet().iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    Map.Entry<String, String> entry = iterator.next();
    System.out.println("Key:" + entry.getKey() + ",Value:" + entry.getValue());
}

System.out.println();
System.out.println("方式3：通过Map.entrySet使用iterator遍历");
for (Map.Entry<String, String> entry : platformMap.entrySet()) {
    System.out.println("Key:" + entry.getKey() + ",Value:" + entry.getValue());
}

System.out.println();
System.out.println("方式4：使用values遍历,使用这种方式无法遍历Key");
for (String value : platformMap.values()) {
    System.out.println(value);
}

1.8 清空集合

清空HashMap中所有元素的使用方法如下所示：

platformMap.clear();

1.9 完整示例代码

上面讲解的几点，完整代码如下所示：

package collection;

import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;

public class MapTest {
    public static void main(String[] args) {
        HashMap<String, String> platformMap = new HashMap<>();

        HashMap<String, String> majorPlatfromMap = new HashMap<>();

        // 添加元素
        majorPlatfromMap.put("cnblogs.com", "博客园");
        majorPlatfromMap.put("juejin.im", "掘金");

        HashMap<String, String> otherPlatformMap = new HashMap<>();

        otherPlatformMap.put("map.weixin.qq.com", "微信公众号");
        otherPlatformMap.put("zwwhnly.com", "个人博客");

        platformMap.putAll(majorPlatfromMap);
        platformMap.putAll(otherPlatformMap);

        System.out.println(platformMap.get("cnblogs.com"));
        System.out.println(platformMap.get("csdn.com"));
        System.out.println(platformMap.getOrDefault("csdn.com", "CSDN"));

        System.out.println("platformMap的元素个数为：" + platformMap.size());

        System.out.println(platformMap.remove("zwwhnly.com"));
        System.out.println(platformMap.remove("zwwhnly.com"));
        System.out.println(platformMap.remove("map.weixin.qq.com", "微信公众号"));
        System.out.println(platformMap.remove("juejin.im", "博客园"));

        System.out.println(platformMap.replace("cnblogs.com", "博客园：https://www.cnblogs.com/zwwhnly/"));
        System.out.println(platformMap.replace("juejin.im", "掘金", "掘金：https://juejin.im/user/5c7ce730f265da2dca388167"));

        System.out.println("isEmpty:" + platformMap.isEmpty());

        System.out.println("方式1：使用keySet遍历");
        for (String key : platformMap.keySet()) {
            System.out.println("Key:" + key + ",Value:" + platformMap.get(key));
        }

        System.out.println();
        System.out.println("方式2：通过Map.entrySet使用iterator遍历");
        Iterator<Map.Entry<String, String>> iterator = platformMap.entrySet().iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            Map.Entry<String, String> entry = iterator.next();
            System.out.println("Key:" + entry.getKey() + ",Value:" + entry.getValue());
        }

        System.out.println();
        System.out.println("方式3：通过Map.entrySet使用iterator遍历");
        for (Map.Entry<String, String> entry : platformMap.entrySet()) {
            System.out.println("Key:" + entry.getKey() + ",Value:" + entry.getValue());
        }

        System.out.println();
        System.out.println("方式4：使用values遍历,使用这种方式无法遍历Key");
        for (String value : platformMap.values()) {
            System.out.println(value);
        }

        platformMap.clear();
        System.out.println("isEmpty:" + platformMap.isEmpty());
    }
}

输出结果为：

博客园

null

CSDN

platformMap的元素个数为：4

个人博客

null

true

false

博客园

true

isEmpty:false

方式1：使用keySet遍历

Key:cnblogs.com,Value:博客园：https://www.cnblogs.com/zwwhnly/

Key:juejin.im,Value:掘金：https://juejin.im/user/5c7ce730f265da2dca388167

方式2：通过Map.entrySet使用iterator遍历

Key:cnblogs.com,Value:博客园：https://www.cnblogs.com/zwwhnly/

Key:juejin.im,Value:掘金：https://juejin.im/user/5c7ce730f265da2dca388167

方式3：通过Map.entrySet使用iterator遍历

Key:cnblogs.com,Value:博客园：https://www.cnblogs.com/zwwhnly/

Key:juejin.im,Value:掘金：https://juejin.im/user/5c7ce730f265da2dca388167

方式4：使用values遍历,使用这种方式无法遍历Key

博客园：https://www.cnblogs.com/zwwhnly/

掘金：https://juejin.im/user/5c7ce730f265da2dca388167

isEmpty:true

2. Hashtable使用

Hashtable也是Map接口的实现类，值得注意的是，它的方法都是同步的，即是线程安全的。

public synchronized int size() {
    return count;
}

public synchronized boolean isEmpty() {
    return count == 0;
}

HashTable类的代码声明如下所示：

public class Hashtable<K,V>
    extends Dictionary<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable {
{
	......
}

从以上代码也能看出，Hashtable的基类是Dictionary，而HashMap的基类是AbstractMap（这里是重点，面试常问）。

HashTable类的使用方法和HashMap基本一样，只需修改下声明处的代码即可：

Hashtable<String, String> platformMap = new Hashtable<>();
Hashtable<String, String> majorPlatfromMap = new Hashtable<>();
Hashtable<String, String> otherPlatformMap = new Hashtable<>();

3. LinkedHashMap使用

LinkedHashMap也是Map接口的实现类，相比于HashMap，它使用到了链表，因此可以保证元素的插入顺序，即FIFO(First Input First Output 先进先出)。

LinkedHashMap类的代码声明如下所示：

public class LinkedHashMap<K,V>
    extends HashMap<K,V>
    implements Map<K,V>
{
	......
}

从以上代码也能看出，LinkedHashMap类继承了HashMap类。

LinkedHashMap类的使用方法和HashMap基本一样，只需修改下声明处的代码即可：

LinkedHashMap<String, String> platformMap = new LinkedHashMap<>();
LinkedHashMap<String, String> majorPlatfromMap = new LinkedHashMap<>();
LinkedHashMap<String, String> otherPlatformMap = new LinkedHashMap<>();

4. TreeMap使用

TreeMap也是Map接口的实现类，值得注意的是，TreeMap中的元素是有序的，默认的排序规则是按照key的字典顺序升序排序。

TreeMap类的代码声明如下所示：

public class TreeMap<K,V>
    extends AbstractMap<K,V>
    implements NavigableMap<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable
{
	......
}

TreeMap类的使用方法和HashMap基本一样，只需修改下声明处的代码即可：

TreeMap<String, String> platformMap = new TreeMap<>();
TreeMap<String, String> majorPlatfromMap = new TreeMap<>();
TreeMap<String, String> otherPlatformMap = new TreeMap<>();

5. HashMap、Hashtable、LinkedHashMap、TreeMap的区别(面试常问)

5.1 相同点

1)HashMap、Hashtable、LinkedHashMap、TreeMap都实现了Map接口

2)四者都保证了Key的唯一性，即不允许Key重复

5.2 不同点

5.2.1 排序

HashMap不保证元素的顺序

Hashtable不保证元素的顺序

LinkHashMap保证FIFO即按插入顺序排序

TreeMap保证元素的顺序，支持自定义排序规则

空口无凭，上代码看效果：

HashMap<String, String> hashMap = new HashMap<>();
Hashtable<String, String> hashtable = new Hashtable<>();
LinkedHashMap<String, String> linkedHashMap = new LinkedHashMap<>();
TreeMap<String, String> treeMap = new TreeMap<>();

String[] letterArray = new String[]{"B", "A", "D", "C", "E"};
for (String letter : letterArray) {
    hashMap.put(letter, letter);
    hashtable.put(letter, letter);
    linkedHashMap.put(letter, letter);
    treeMap.put(letter, letter);
}

System.out.println("HashMap(我不保证顺序):" + hashMap);
System.out.println("Hashtable(我不保证顺序):" + hashtable);
System.out.println("LinkedHashMap(我保证元素插入时的顺序):" + linkedHashMap);
System.out.println("TreeMap(我按排序规则保证元素的顺序):" + treeMap);

上面代码的输出结果为：

HashMap(我不保证顺序):{A=A, B=B, C=C, D=D, E=E}

Hashtable(我不保证顺序):{A=A, E=E, D=D, C=C, B=B}

LinkedHashMap(我保证元素插入时的顺序):{B=B, A=A, D=D, C=C, E=E}

TreeMap(我按排序规则保证元素的顺序):

5.2.2 null值

HashMap，LinkedHashMap允许添加null值(Key和Value都允许)，所以以下代码是合法的：

HashMap<String, String> hashMap = new HashMap<>();
LinkedHashMap<String, String> linkedHashMap = new LinkedHashMap<>();

hashMap.put(null, null);
linkedHashMap.put(null, null);

TreeMap不允许Key有null值，但允许Value有null值，所以以下代码是合法的：

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

treeMap.put("cnblogs.com", null);

但是treeMap.put(null, null);会引发java.lang.NullPointerException异常：

Hashtable不允许添加null值(Key和Value都不允许)，添加null值时会抛出java.lang.NullPointerException异常。

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

hashtable.put("cnblogs.com", null);
hashtable.put(null, null);

运行上面的代码，报错信息如下所示：

5.2.3 线程安全

HashMap、LinkedHashMap、TreeMap不是线程安全的。

Hashtable是线程安全的，这是它的优点，同时也导致在理论情况下，Hashtable的效率没有HashMap高。

所以如果对线程安全没有要求，建议使用HashMap。

5.2.4 继承

Hashtable的父类是Dictionary。

HashMap的父类是AbstractMap。

LinkedHashMap的父类是HashMap，HashMap的父类是AbstractMap，所以LinkedHashMap也继承了AbstractMap。

TreeMap的父类是AbstractMap。

6. TreeMap的两种排序方式(面试常问)

TreeMap默认的排序规则是按照key的字典顺序升序排序。

先来看下TreeMap存储String类型的例子：

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

String[] letterArray = new String[]{"B", "A", "D", "C", "E"};
for (String letter : letterArray) {
    treeMap.put(letter, letter);
}

for (String key : treeMap.keySet()) {
    System.out.println("key:" + key + ",Value:" + treeMap.get(key));
}

输出结果：

key:A,Value:A

key:B,Value:B

key:C,Value:C

key:D,Value:D

key:E,Value:E

那如果TreeMap中放入的元素类型是我们自定义的引用类型，它的排序规则是什么样的呢？

带着这个疑问，我们新建个Student类如下：

package collection;

public class Student {
    private String name;
    private int age;

    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
}

然后添加如下验证代码：

TreeMap<Student, Student> studentTreeMap = new TreeMap<>();

Student student1 = new Student("zhangsan", 20);
Student student2 = new Student("lisi", 22);
Student student3 = new Student("wangwu", 24);
Student student4 = new Student("zhaoliu", 26);

Student student5 = new Student("zhangsan", 22);

studentTreeMap.put(student1, student1);
studentTreeMap.put(student2, student2);
studentTreeMap.put(student3, student3);
studentTreeMap.put(student4, student4);
studentTreeMap.put(student5, student5);

for (Student student : studentTreeMap.keySet()) {
    System.out.println("name:" + student.getName() + ",age:" + student.getAge());
}

满心欢喜的运行代码想看下效果，结果却发现报如下错误：

为什么会这样呢？

这是因为我们并没有给Student类定义任何排序规则，TreeMap说我也不知道咋排序，还是甩锅抛出异常吧，哈哈。

怎么解决呢？有以下两种方式：

自然排序
比较器排序

6.1 自然排序

自然排序的实现方式是让Student类实现接口Comparable，并重写该接口的方法compareTo，该方法会定义排序规则。

package collection;

public class Student implements Comparable<Student> {
    // 省略其它代码

    @Override
    public int compareTo(Student o) {
        return 0;
    }
}

使用IDEA默认生成的compareTo()方法如上所示。

这个方法会在执行add()方法添加元素时执行，以便确定元素的位置。

如果返回0，代表两个元素相同，只会保留第一个元素

如果返回值大于0，代表这个元素要排在参数中指定元素o的后面

如果返回值小于0，代表这个元素要排在参数中指定元素o的前面

因此如果对compareTo()方法不做任何修改，直接运行之前的验证代码，会发现集合中只有1个元素：

name:zhangsan,age:20

然后修改下compareTo()方法的逻辑为：

@Override
public int compareTo(Student o) {
    // 排序规则描述如下
    // 按照姓名的长度排序,长度短的排在前面,长度长的排在后面
    // 如果姓名的长度相同，按字典顺序比较String
    // 如果姓名完全相同,按年龄排序,年龄小的排在前面,年龄大的排在后面

    int orderByNameLength = this.name.length() - o.name.length();
    int orderByName = orderByNameLength == 0 ? this.name.compareTo(o.name) : orderByNameLength;
    int orderByAge = orderByName == 0 ? this.age - o.age : orderByName;

    return orderByAge;
}

再次运行之前的验证代码，输出结果如下所示：

name:lisi,age:22

name:wangwu,age:24

name:zhaoliu,age:26

name:zhangsan,age:20

name:zhangsan,age:22

6.2 比较器排序

比较器排序的实现方式是新建一个比较器类，继承接口Comparator，重写接口中的Compare()方法。

注意：使用此种方式Student类不需要实现接口Comparable，更不需要重写该接口的方法compareTo。

package collection;

import java.util.Comparator;

public class StudentComparator implements Comparator<Student> {
    @Override
    public int compare(Student o1, Student o2) {
        // 排序规则描述如下
        // 按照姓名的长度排序,长度短的排在前面,长度长的排在后面
        // 如果姓名的长度相同，按字典顺序比较String
        // 如果姓名完全相同,按年龄排序,年龄小的排在前面,年龄大的排在后面

        int orderByNameLength = o1.getName().length() - o2.getName().length();
        int orderByName = orderByNameLength == 0 ? o1.getName().compareTo(o2.getName()) : orderByNameLength;
        int orderByAge = orderByName == 0 ? o1.getAge() - o2.getAge() : orderByName;

        return orderByAge;
    }
}

然后修改下验证代码中声明studentTreeSet的代码即可：

TreeMap<Student, Student> studentTreeMap = new TreeMap<>(new StudentComparator());

输出结果和使用自然排序的输出结果完全一样。

7. 源码及参考

遍历HashMap的四种方法

TreeMap 排序

Java集合中List,Set以及Map等集合体系详解(史上最全)

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