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

  • 2019 年 10 月 3 日
  • 筆記

本篇部落格主要講解Map介面的4個實現類HashMap、Hashtable、LinkedHashMap、TreeMap的使用方法以及四者之間的區別。

注意：本文中程式碼使用的JDK版本為1.8.0_191

值得注意的是，Map介面是獨立的介面，並沒有繼承Collection介面（這裡是重點，面試常問）：

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

1. HashMap使用

HashMap是Map介面最常用的實現類，存儲Key Value鍵值對，HashMap不保證元素的順序但保證Key必須唯一。

HashMap類的程式碼聲明如下所示：

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個方法：

  1. put
  2. putIfAbsent
  3. 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", "部落格園"));  System.out.println(platformMap.put("juejin.im", "掘金"));  System.out.println(platformMap.put("map.weixin.qq.com", "微信公眾號"));  System.out.println(platformMap.put("zwwhnly.com", "個人部落格"));    // 添加重複的Key,沒有添加成功,但是會更新Key對應的Value值  // 不過程式碼不會報錯,而是返回已經存在Key對應的Value  System.out.println(platformMap.put("zwwhnly.com", "個人部落格"));

以上程式碼運行的輸出結果是：

null

null

null

null

個人部落格

調試程式碼也會發現platformMap只有4個元素，而且元素的順序和添加的順序不同：

值得注意的是最後一行程式碼platformMap.put("zwwhnly.com", "個人部落格")的返回值是「個人部落格」，即之前已存在的Key：zwwhnly.com，對應的Value值。

簡單修改下這句程式碼為：

System.out.println(platformMap.put("zwwhnly.com", "個人部落格2"));

再次運行程式碼，發現輸出結果沒變，platformMap也還是4個元素，但是platformMap元素的內容變了：

如果Key存在時，不希望Value值被覆蓋，可以將程式碼修改為：

System.out.println(platformMap.putIfAbsent("zwwhnly.com", "個人部落格2"));

另外，HashMap還提供了一個putAll()方法來批量添加元素，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", "部落格園");  majorPlatfromMap.put("juejin.im", "掘金");    HashMap<String, String> otherPlatformMap = new HashMap<>();    otherPlatformMap.put("map.weixin.qq.com", "微信公眾號");  otherPlatformMap.put("zwwhnly.com", "個人部落格");    otherPlatformMap.put("cnblogs.com", "部落格園2");    platformMap.putAll(majorPlatfromMap);  platformMap.putAll(otherPlatformMap);

值得注意的是，由於majorPlatfromMap與otherPlatformMap存在相同的key：cnblogs.com，最終platformMap中Key為」cnblogs.com「的Value值為：「部落格園2「，如下圖所示：

1.2 獲取元素

使用HashMap獲取元素有以下2個方法：

  1. get()
  2. 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"));

輸出結果：

部落格園

null

當key不存在時，如果需要設置默認值，可以使用getOrDefault()：

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

上面這句程式碼的輸出結果為：CSDN。

1.3 獲取集合元素個數

獲取HashMap元素個數的使用方法如下所示：

System.out.println("platformMap的元素個數為：" + platformMap.size());

1.4 刪除元素

使用HashMap刪除元素有以下2個重載：

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", "微信公眾號"));  System.out.println(platformMap.remove("juejin.im", "部落格園"));

上面程式碼的輸出結果為：

個人部落格

null

true

false

1.5 修改元素

使用HashMap修改元素有以下2個重載：

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

上面程式碼的輸出結果為：

部落格園

true

1.6 判斷集合是否為空

判斷HashMap是否為空的使用方法如下所示：

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

1.7 遍曆元素(面試常問)

遍歷HashMap的元素主要有以下4種方式：

  1. 使用keySet獲取所有的Key，然後遍歷
  2. 使用Map.entrySet獲取所有的元素，然後使用iterator遍歷
  3. 使用Map.entrySet獲取所有的元素，然後使用foreach循環遍歷
  4. 直接使用values獲取到所有的值，該種方式無法遍歷Key

其中2和3的方式，使用的是Set集合的2種遍歷方式，因為platformMap.entrySet()返回的類型是一個Set集合，裡面的元素類型是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遍歷");  for (String key : platformMap.keySet()) {      System.out.println("Key:" + key + ",Value:" + platformMap.get(key));  }    System.out.println();  System.out.println("方式2：通過Map.entrySet使用iterator遍歷");  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：通過Map.entrySet使用iterator遍歷");  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遍歷,使用這種方式無法遍歷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 完整示例程式碼

上面講解的幾點，完整程式碼如下所示：

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", "部落格園");          majorPlatfromMap.put("juejin.im", "掘金");            HashMap<String, String> otherPlatformMap = new HashMap<>();            otherPlatformMap.put("map.weixin.qq.com", "微信公眾號");          otherPlatformMap.put("zwwhnly.com", "個人部落格");            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的元素個數為：" + 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", "微信公眾號"));          System.out.println(platformMap.remove("juejin.im", "部落格園"));            System.out.println(platformMap.replace("cnblogs.com", "部落格園：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遍歷");          for (String key : platformMap.keySet()) {              System.out.println("Key:" + key + ",Value:" + platformMap.get(key));          }            System.out.println();          System.out.println("方式2：通過Map.entrySet使用iterator遍歷");          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：通過Map.entrySet使用iterator遍歷");          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遍歷,使用這種方式無法遍歷Key");          for (String value : platformMap.values()) {              System.out.println(value);          }            platformMap.clear();          System.out.println("isEmpty:" + platformMap.isEmpty());      }  }

輸出結果為：

部落格園

null

CSDN

platformMap的元素個數為：4

個人部落格

null

true

false

部落格園

true

isEmpty:false

方式1：使用keySet遍歷

Key:cnblogs.com,Value:部落格園：https://www.cnblogs.com/zwwhnly/

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

方式2：通過Map.entrySet使用iterator遍歷

Key:cnblogs.com,Value:部落格園：https://www.cnblogs.com/zwwhnly/

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

方式3：通過Map.entrySet使用iterator遍歷

Key:cnblogs.com,Value:部落格園：https://www.cnblogs.com/zwwhnly/

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

方式4：使用values遍歷,使用這種方式無法遍歷Key

部落格園：https://www.cnblogs.com/zwwhnly/

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

isEmpty:true

2. Hashtable使用

Hashtable也是Map介面的實現類，值得注意的是，它的方法都是同步的，即是執行緒安全的。

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

HashTable類的程式碼聲明如下所示：

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

從以上程式碼也能看出，Hashtable的基類是Dictionary，而HashMap的基類是AbstractMap（這裡是重點，面試常問）。

HashTable類的使用方法和HashMap基本一樣，只需修改下聲明處的程式碼即可：

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介面的實現類，相比於HashMap，它使用到了鏈表，因此可以保證元素的插入順序，即FIFO(First Input First Output 先進先出)。

LinkedHashMap類的程式碼聲明如下所示：

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

從以上程式碼也能看出，LinkedHashMap類繼承了HashMap類。

LinkedHashMap類的使用方法和HashMap基本一樣，只需修改下聲明處的程式碼即可：

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介面的實現類，值得注意的是，TreeMap中的元素是有序的，默認的排序規則是按照key的字典順序升序排序。

TreeMap類的程式碼聲明如下所示：

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

TreeMap類的使用方法和HashMap基本一樣，只需修改下聲明處的程式碼即可：

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

5. HashMap、Hashtable、LinkedHashMap、TreeMap的區別(面試常問)

5.1 相同點

1)HashMap、Hashtable、LinkedHashMap、TreeMap都實現了Map介面

2)四者都保證了Key的唯一性，即不允許Key重複

5.2 不同點

5.2.1 排序

HashMap不保證元素的順序

Hashtable不保證元素的順序

LinkHashMap保證FIFO即按插入順序排序

TreeMap保證元素的順序，支援自定義排序規則

空口無憑，上程式碼看效果：

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(我不保證順序):" + hashMap);  System.out.println("Hashtable(我不保證順序):" + hashtable);  System.out.println("LinkedHashMap(我保證元素插入時的順序):" + linkedHashMap);  System.out.println("TreeMap(我按排序規則保證元素的順序):" + treeMap);

上面程式碼的輸出結果為：

HashMap(我不保證順序):{A=A, B=B, C=C, D=D, E=E}

Hashtable(我不保證順序):{A=A, E=E, D=D, C=C, B=B}

LinkedHashMap(我保證元素插入時的順序):{B=B, A=A, D=D, C=C, E=E}

TreeMap(我按排序規則保證元素的順序):{A=A, B=B, C=C, D=D, E=E}

5.2.2 null值

HashMap，LinkedHashMap允許添加null值(Key和Value都允許)，所以以下程式碼是合法的：

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

TreeMap不允許Key有null值，但允許Value有null值，所以以下程式碼是合法的：

TreeMap<String, String> treeMap = new TreeMap<>();    treeMap.put("cnblogs.com", null);

但是treeMap.put(null, null);會引發java.lang.NullPointerException異常：

Hashtable不允許添加null值(Key和Value都不允許)，添加null值時會拋出java.lang.NullPointerException異常。

Hashtable<String, String> hashtable = new Hashtable<>();    hashtable.put("cnblogs.com", null);  hashtable.put(null, null);

運行上面的程式碼，報錯資訊如下所示：

5.2.3 執行緒安全

HashMap、LinkedHashMap、TreeMap不是執行緒安全的。

Hashtable是執行緒安全的，這是它的優點，同時也導致在理論情況下，Hashtable的效率沒有HashMap高。

所以如果對執行緒安全沒有要求，建議使用HashMap。

5.2.4 繼承

Hashtable的父類是Dictionary。

HashMap的父類是AbstractMap。

LinkedHashMap的父類是HashMap，HashMap的父類是AbstractMap，所以LinkedHashMap也繼承了AbstractMap。

TreeMap的父類是AbstractMap。

6. TreeMap的兩種排序方式(面試常問)

TreeMap默認的排序規則是按照key的字典順序升序排序。

先來看下TreeMap存儲String類型的例子：

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));  }

輸出結果：

key:A,Value:A

key:B,Value:B

key:C,Value:C

key:D,Value:D

key:E,Value:E

那如果TreeMap中放入的元素類型是我們自定義的引用類型，它的排序規則是什麼樣的呢？

帶著這個疑問，我們新建個Student類如下：

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;      }  }

然後添加如下驗證程式碼：

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());  }

滿心歡喜的運行程式碼想看下效果，結果卻發現報如下錯誤：

為什麼會這樣呢？

這是因為我們並沒有給Student類定義任何排序規則，TreeMap說我也不知道咋排序，還是甩鍋拋出異常吧，哈哈。

怎麼解決呢？有以下兩種方式：

  1. 自然排序
  2. 比較器排序

6.1 自然排序

自然排序的實現方式是讓Student類實現介面Comparable，並重寫該介面的方法compareTo，該方法會定義排序規則。

package collection;    public class Student implements Comparable<Student> {      // 省略其它程式碼        @Override      public int compareTo(Student o) {          return 0;      }  }

使用IDEA默認生成的compareTo()方法如上所示。

這個方法會在執行add()方法添加元素時執行，以便確定元素的位置。

如果返回0，代表兩個元素相同，只會保留第一個元素

如果返回值大於0，代表這個元素要排在參數中指定元素o的後面

如果返回值小於0，代表這個元素要排在參數中指定元素o的前面

因此如果對compareTo()方法不做任何修改，直接運行之前的驗證程式碼，會發現集合中只有1個元素：

name:zhangsan,age:20

然後修改下compareTo()方法的邏輯為：

@Override  public int compareTo(Student o) {      // 排序規則描述如下      // 按照姓名的長度排序,長度短的排在前面,長度長的排在後面      // 如果姓名的長度相同，按字典順序比較String      // 如果姓名完全相同,按年齡排序,年齡小的排在前面,年齡大的排在後面        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;  }

再次運行之前的驗證程式碼，輸出結果如下所示：

name:lisi,age:22

name:wangwu,age:24

name:zhaoliu,age:26

name:zhangsan,age:20

name:zhangsan,age:22

6.2 比較器排序

比較器排序的實現方式是新建一個比較器類，繼承介面Comparator，重寫介面中的Compare()方法。

注意：使用此種方式Student類不需要實現介面Comparable，更不需要重寫該介面的方法compareTo。

package collection;    import java.util.Comparator;    public class StudentComparator implements Comparator<Student> {      @Override      public int compare(Student o1, Student o2) {          // 排序規則描述如下          // 按照姓名的長度排序,長度短的排在前面,長度長的排在後面          // 如果姓名的長度相同，按字典順序比較String          // 如果姓名完全相同,按年齡排序,年齡小的排在前面,年齡大的排在後面            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;      }  }

然後修改下驗證程式碼中聲明studentTreeSet的程式碼即可：

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

輸出結果和使用自然排序的輸出結果完全一樣。

7. 源碼及參考

遍歷HashMap的四種方法

TreeMap 排序

Java集合中List,Set以及Map等集合體系詳解(史上最全)

8. 最後

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