Java.util.Map详解

Java为数据结构中的映射提供了一个接口Java.util.Map，此接口主要有四个常用的实现类：HashMap、Hashtable、LinkedHashMap和TreeMap。 继承关系图为：

下面针对各个实现类的特点做一些说明：

（1）HashMap: 它是根据键的hashcode值存储数据，大多数情况下可以直接定位到它的值，因而具有很快的访问速度，但遍历顺序却是不确定的。首先了解一下它的存储结构：

Hashmap实际上是一个数组和链表的结合体（在数据结构中，一般称之为“链表散列“）。当我们往hashmap中put元素的时候，先根据key的hash值得到这个元素在数组中的位置（即下标），然后就可以把这个元素放到对应的位置中了。如果这个元素所在的位子上已经存放有其他元素了，那么在同一个位子上的元素将以链表的形式存放，新加入的放在链头，最先加入的放在链尾。从hashmap中get元素时，首先计算key的hashcode，找到数组中对应位置的某一元素，然后通过key的equals方法在对应位置的链表中找到需要的元素。从这里我们可以想象得到，如果每个位置上的链表只有一个元素，那么hashmap的get效率将是最高的。

那么如何根据key的hashcode来确定元素存放的位置？我们首先想到的就是把hashcode对数组长度取模运算，这样一来，元素的分布相对来说是比较均匀的。但是，“模”运算的消耗还是比较大的，能不能找一种更快速，消耗更小的方式那？java中时这样做的：

首先算得key得hashcode值，然后跟数组的长度-1做一次“与”运算（&）。看上去很简单，其实比较有玄机。比如数组的长度是2的4次方，那么hashcode就会和2的4次方-1做“与”运算。很多人都有这个疑问，为什么hashmap的数组初始化大小都是2的次方大小时，hashmap的效率最高，我以2的4次方举例，来解释一下为什么数组大小为2的幂时hashmap访问的性能最高。

例如：假设数组长度为2^4=16，则length-1表示成二进制为1111。两组的hashcode均为8和9，（1111&1000与1111&1001结果都为1000和1001，不会发生碰撞，但是如果数组长度为15，length-1=1110,则1110&1000与1110&1001结果为1000，发生碰撞）但是很明显，当它们和1110“与”的时候（），产生了相同的结果，也就是说它们会定位到数组中的同一个位置上去，这就产生了碰撞，8和9会被放到同一个链表上，那么查询的时候就需要遍历这个链表，得到8或者9，这样就降低了查询的效率。

此外，HashMap继承自AbstractMap类。HashMap最多只允许一条记录的键为null，允许多条记录的值为null。HashMap非线程安全，即任一时刻可以有多个线程同时写HashMap，可能会导致数据的不一致。如果需要满足线程安全，可以用 Collections的synchronizedMap方法使HashMap具有线程安全的能力，或者使用ConcurrentHashMap（这里的synchronizedMap和concurrentHashMap下节再行介绍）。

（2）HashTable

Hashtable继承自Dictionary类 ，它也是无序的，但是Hashtable是线程安全的，同步的，即任一时刻只有一个线程能写Hashtable.HashTable中不允许有null的key和value.

（3）LinkedHashMap

LinkedHashMap是Map中常用的有序的两种实现之一， 它保存了记录的插入顺序，先进先出。
对于LinkedHashMap而言，它继承与HashMap，底层使用哈希表与双向链表来保存所有元素。其基本操作与父类HashMap相似，它通过重写父类相关的方法，来实现自己的链接列表特性。LinkedHashMap采用的hash算法和HashMap相同，但是它重新定义了数组中保存的元素Entry，该Entry除了保存当前对象的引用外，还保存了其上一个元素before和下一个元素after的引用，从而在哈希表的基础上又构成了双向链接列表，效果图如下：

（4）TreeMap

TreeMap实现SortMap接口，能够把它保存的记录根据键排序,默认是按键值的升序排序，也可以指定排序的比较器，当用Iterator 遍历TreeMap时，得到的记录是排过序的。