Java中HashMap、TreeMap、Hashtable和LinkedHashMap的联系与区别

在Java中，Map是作为一个顶级接口，构成了集合框架的一个重要分支。本文，将给读者演示如何去使用不同的Map类型，因为在JDK中，Map接口具有HashMap、TreeMap、Hashtable和LinkdedHashMap四个子接口。

Map概述

在JDK中，一共有多达四种Map接口，它们是HashMap、TreeMap、Hashtable、LinkedHashMap，它们的使用频率都非常地高。如果我们用一句话描述它们的最主要特点：

1. HashMap是基于哈希表(hash table)实现，其keys和values都没有顺序。
2. TreeMap是基于红黑树(red-black tree)实现，按照keys排序元素。
3. LinkedHashMap是基于哈希表(hash table)实现，按照插入顺序排序元素。
4. Hashtable区别与HashMap的地方只有，它是同步的(synchronized),并因此，性能较低些。为了性能，在线程安全的代码中，优先考虑使用HashMap。

HashMap的键约束

我们知道HashMap底层是基于哈希表实现的，而哈希表对于键值有约束。当使用自定义的类型来做HashMap的键时，为了程序的运行结果正确，必须定义该类型的equals()方法和hashCode()方法。

class Dog {
String color;

Dog(String color) {
this.color = color;
}

public String toString() {
return color + " dog";
}
}

public class Main {
public static void main(String[] args) {
HashMap<Dog, Integer> dogMap = new HashMap<Dog, Integer>();

dogMap.put(new Dog("red"), 10);
dogMap.put(new Dog("black"), 15);
dogMap.put(new Dog("white"), 5);
dogMap.put(new Dog("white"), 20);

System.out.println(dogMap.size());
for (Entry<Dog, Integer> entry : dogMap.entrySet()) {
System.out.println(entry.getKey(),toString() + " - " + entry.getValue());
}
}
}

此代码片段的输出结果如下所示：

4
white dog - 5
black dog -15
red dog - 10
white dog - 20

可以发现，我们此处错误地添加了两个“white dogs”到dogMap集合中，但是，dogMap却没有报告错误。实际上，我们希望只能够添加一个“white dogs”到该dogMap中。这种情况下，我们应该重写Dog类的equals()方法和hashCode()方法。

class Dog {
String color;

Dog(String color) {
this.color = color;
}

@Override
public boolean equals(Object o) {
return ((Dog) o).color.equals(this.color);
}

@Override
public int hashCode() {
return color.length();
}

public String toString() {
return color + " dog";
}
}

这样修改以后，我们的输出结果将变成如下所示：

3
red dog - 10
white dog - 20
black dog - 15

这种现象的背后魔法其实很简单。HashMap是不允许存储相同的元素的，但是，HashMap判断元素是否相同的依据就是该元素的键值是否相同。此处我们的键值类型是Dog，而两个Dog对象是否相同，其实是取决于Dog对象的equals()方法和hashCode()方法。对于自定义的类型而言，其默认的equals()方法和hashCode()方法来源与Java中的超级父类java.lang.Object，它们都是只在两个对象引用是同一个对象时，才返回true值。但是，对于Dog对象，我们希望当它们的color一样时，就认为两个Dog是相等的，所以，我们必须重写其equals()方法和hashCode()方法。如果对于equals()方法和hashCode()方法不是很了解，建议参看本站的这篇文章。

TreeMap的元素顺序

TreeMap可以排序元素，问题是，TreeMap排序元素的依据是什么呢？对于Dog类，假设我们有如下的代码片段：

public class Main {
public static void main(String[] args) {
TreeMap<Dog, Integer> dogMap = new TreeMap<Dog, Integer>();
dogMap.put(new Dog("red"), 10);
dogMap.put(new Dog("black"), 15);
dogMap.put(new Dog("white"), 5);

for (Entry<Dog, Integer> entry : dogMap.entrySet()) {
System.out.println(entry.getKey() + " - " + entry.getValue());
}
}
}

此代码片段编译能够通过，但是运行时会出现如下所示的错误：

Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: collection.Dog cannot be cast to java.lang.Comparable
at java.util.TreeMap.put(Unknown Source)
at collection.Main.main(Main.java:35)

出现此错误的原因在于：TreeMap的底层实现是红黑树，并因此能够根据键值来排序元素。所以，TreeMap的键值必须可以相互比较大小，换言之，键值的类型必须实现java.util.Comparable接口。所以，我们应该修改Dog类成为如下所示：

class Dog implements Comparable {
String color;
int size;

Dog(String color, int size) {
this.color = color;
this.size = size;
}

@Override
public int compareTo(Dog o) {
return o.size - this.size;
}
}

public class Main {
public static void main(String[] args) {
TreeMap<Dog, Integer> dogMap = new TreeMap<Dog, Integer>();
dogMap.put(new Dog("red", 20), 5);
dogMap.put(new Dog("black", 30), 10);
dogMap.put(new Dog("white", 10), 15);
dogMap.put(new Dog("white", 10), 20);
for (Entry entry : dogMap.entrySet()) {
System.out.println(entry.getKey().color + " - " + entry.getKey().size + " - " + entry.getValue());
		}}}
}

该代码的输出结果是：

white - 10 - 20
red - 20 - 5
black - 30 - 10

注意：我们往dogMap中添加了四个Dog对象，输出结果却显示dogMap只包含三个Dog对象。
结论：TreeMap由于底层实现是红黑树，而HashMap、Hashtable和LinkedHashMap的底层数据结构都是哈希表，所以TreeMap集合要求其键值必须实现Comparable接口，并且使用其作为元素判等和比较大小的唯一依据。而其他三个Map都使用hashCode()方法和equals()方法来判断元素是否相等。

Hashtable

Hashtable与HashMap的区别仅仅是：
1. HashTable是同步的(synchronized)。
2. 不允许有 null 值

LinkedHashMap

LinkedHashMap是HashMap的子类，所以通过继承机制，拥有了HashMap的所有特性。而且，它还增加了保持元素插入顺序的特性。

总结

JDK的集合框架中对于Map的分支，Class的层次结构比较简单，容易掌握。但是，需要注意TreeMap在底层实现上与其他三种Map的本质区别，并由此带来的独特性。

转载自(对原文某些输出结果加以更正):http://www.tiantianbianma.com/java-hashmap-treemap-hashtable-linkedhashmap.html/