深入理解HashMap和TreeMap的区别

深入理解HashMap和TreeMap的区别

简介

HashMap和TreeMap是Map家族中非常常用的两个类,两个类在使用上和本质上有什么区别呢?本文将从这两个方面进行深入的探讨,希望能揭露其本质。

HashMap和TreeMap本质区别

先看HashMap的定义:

public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable

再看TreeMap的定义:

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

从类的定义来看,HashMap和TreeMap都继承自AbstractMap,不同的是HashMap实现的是Map接口,而TreeMap实现的是NavigableMap接口。NavigableMap是SortedMap的一种,实现了对Map中key的排序。

这样两者的第一个区别就出来了,TreeMap是排序的而HashMap不是。

再看看HashMap和TreeMap的构造函数的区别。

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) 

HashMap除了默认的无参构造函数之外,还可以接受两个参数initialCapacity和loadFactor。

HashMap的底层结构是Node的数组:

transient Node<K,V>[] table

initialCapacity就是这个table的初始容量。如果大家不传initialCapacity,HashMap提供了一个默认的值:

static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16

当HashMap中存储的数据过多的时候,table数组就会被装满,这时候就需要扩容,HashMap的扩容是以2的倍数来进行的。而loadFactor就指定了什么时候需要进行扩容操作。默认的loadFactor是0.75。

static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

再来看几个非常有趣的变量:

static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

上面的三个变量有什么用呢?在java 8之前,HashMap解决hashcode冲突的方法是采用链表的形式,为了提升效率,java 8将其转成了TreeNode。什么时候会发送这个转换呢?

这时候就要看这两个变量TREEIFY_THRESHOLD和UNTREEIFY_THRESHOLD。

有的同学可能发现了,TREEIFY_THRESHOLD为什么比UNTREEIFY_THRESHOLD大2呢?其实这个问题我也不知道,但是你看源代码的话,用到UNTREEIFY_THRESHOLD时候,都用的是<=,而用到TREEIFY_THRESHOLD的时候,都用的是>= TREEIFY_THRESHOLD – 1,所以这两个变量在本质上是一样的。

MIN_TREEIFY_CAPACITY表示的是如果table转换TreeNode的最小容量,只有capacity >= MIN_TREEIFY_CAPACITY的时候才允许TreeNode的转换。

TreeMap和HashMap不同的是,TreeMap的底层是一个Entry:

private transient Entry<K,V> root

他的实现是一个红黑树,方便用来遍历和搜索。

TreeMap的构造函数可以传入一个Comparator,实现自定义的比较方法。

public TreeMap(Comparator<? super K> comparator) {
        this.comparator = comparator;
    }

如果不提供自定义的比较方法,则使用的是key的natural order。

排序区别

我们讲完两者的本质之后,现在举例说明,先看下两者对排序的区别:

    @Test
    public void withOrder(){
        Map<String, String> books = new HashMap<>();
        books.put("bob", "books");
        books.put("c", "concurrent");
        books.put("a", "a lock");
        log.info("{}",books);
    }
    @Test
    public void withOrder(){
        Map<String, String> books = new TreeMap<>();
        books.put("bob", "books");
        books.put("c", "concurrent");
        books.put("a", "a lock");
        log.info("{}",books);
    }

同样的代码,一个使用了HashMap,一个使用了TreeMap,我们会发现TreeMap输出的结果是排好序的,而HashMap的输出结果是不定的。

Null值的区别

HashMap可以允许一个null key和多个null value。而TreeMap不允许null key,但是可以允许多个null value。

    @Test
    public void withNull() {
        Map<String, String> hashmap = new HashMap<>();
        hashmap.put(null, null);
        log.info("{}",hashmap);
    }
    @Test
    public void withNull() {
        Map<String, String> hashmap = new TreeMap<>();
        hashmap.put(null, null);
        log.info("{}",hashmap);
    }

HashMap会报出: NullPointerException。

性能区别

HashMap的底层是Array,所以HashMap在添加,查找,删除等方法上面速度会非常快。而TreeMap的底层是一个Tree结构,所以速度会比较慢。

另外HashMap因为要保存一个Array,所以会造成空间的浪费,而TreeMap只保存要保持的节点,所以占用的空间比较小。

HashMap如果出现hash冲突的话,效率会变差,不过在java 8进行TreeNode转换之后,效率有很大的提升。

TreeMap在添加和删除节点的时候会进行重排序,会对性能有所影响。

共同点

两者都不允许duplicate key,两者都不是线程安全的。

本文的例子https://github.com/ddean2009/learn-java-collections

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