Java集合系列(四)：HashMap、Hashtable、LinkedHashMap、TreeMap的使用方法及区别
- 2019 年 10 月 3 日
- 筆記
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):{A=A, B=B, C=C, D=D, E=E}
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
Java集合中List,Set以及Map等集合体系详解(史上最全)
8. 最后
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