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

本文轉載自查看原文 2019-08-05 18:06 655 Java

本篇博客主要講解Map接口的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：本文中代碼使用的JDK版本為1.8.0_191

值得注意的是，Map接口是獨立的接口，並沒有繼承Collection接口（這里是重點，面試常問）：

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

1. HashMap使用

HashMap是Map接口最常用的實現類，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類的代碼聲明如下所示：

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：

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", "個人博客"));

// 添加重復的Key,沒有添加成功,但是會更新Key對應的Value值
// 不過代碼不會報錯,而是返回已經存在Key對應的Value
System.out.println(platformMap.put("zwwhnly.com", "個人博客"));

以上代碼運行的輸出結果是：

null

null

null

null

個人博客

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

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

簡單修改下這句代碼為：

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

再次運行代碼，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，可以將代碼修改為：

System.out.println(platformMap.putIfAbsent("zwwhnly.com", "個人博客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", "博客園");
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", "個人博客");

otherPlatformMap.put("cnblogs.com", "博客園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：“博客園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：

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"));

輸出結果：

博客園

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"));

上面這句代碼的輸出結果為：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", "博客園"));

上面代碼的輸出結果為：

個人博客

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

上面代碼的輸出結果為：

博客園

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 遍歷元素(面試常問)

遍歷HashMap的元素主要有以下4種方式：

使用keySet獲取所有的Key，然后遍歷
使用Map.entrySet獲取所有的元素，然后使用iterator遍歷
使用Map.entrySet獲取所有的元素，然后使用foreach循環遍歷
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，里面的元素類型是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 完整示例代碼

上面講解的幾點，完整代碼如下所示：

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", "博客園");
        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", "博客園"));

        System.out.println(platformMap.replace("cnblogs.com", "博客園：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：

博客園

null

CSDN

platformMap的元素個數為：4

個人博客

null

true

false

博客園

true

isEmpty:false

方式1：使用keySet遍歷

Key:cnblogs.com,Value:博客園：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:博客園：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:博客園：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

博客園：https://www.cnblogs.com/zwwhnly/

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

isEmpty:true

2. Hashtable使用

Hashtable也是Map接口的實現類，值得注意的是，它的方法都是同步的，即是線程安全的。

public synchronized int size() {
    return count;
}

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

HashTable類的代碼聲明如下所示：

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

從以上代碼也能看出，Hashtable的基類是Dictionary，而HashMap的基類是AbstractMap（這里是重點，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代碼即可：

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接口的實現類，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類的代碼聲明如下所示：

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

從以上代碼也能看出，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代碼即可：

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接口的實現類，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類的代碼聲明如下所示：

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代碼即可：

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接口

2)四者都保證了Key的唯一性，即不允許Key重復

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，支持自定義排序規則

空口無憑，上代碼看效果：

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);

上面代碼的輸出結果為：

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)，所以以下代碼是合法的：

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，所以以下代碼是合法的：

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);

運行上面的代碼，報錯信息如下所示：

5.2.3 線程安全

HashMap、LinkedHashMap、TreeMap不是線程安全的。

Hashtable是線程安全的，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。

所以如果對線程安全沒有要求，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，它的排序規則是什么樣的呢？

帶着這個疑問，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;
    }
}

然后添加如下驗證代碼：

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());
}

滿心歡喜的運行代碼想看下效果，結果卻發現報如下錯誤：

為什么會這樣呢？

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。

怎么解決呢？有以下兩種方式：

自然排序
比較器排序

6.1 自然排序

自然排序的實現方式是讓Student類實現接口Comparable，並重寫該接口的方法compareTo，該方法會定義排序規則。

package collection;

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

    @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的后面

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代碼，會發現集合中只有1個元素：

name:zhangsan,age:20

然后修改下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,長度長的排在后面
    // 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;
}

再次運行之前的驗證代碼，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，繼承接口Comparator，重寫接口中的Compare()方法。

注意：使用此種方式Student類不需要實現接口Comparable，更不需要重寫該接口的方法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,長度長的排在后面
        // 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;
    }
}

然后修改下驗證代碼中聲明studentTreeSet的代碼即可：

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)

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