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

申城異鄉人發表於2019-08-05

本篇部落格主要講解Map介面的4個實現類HashMap、Hashtable、LinkedHashMap、TreeMap的使用方法以及三者之間的區別。

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，儲存Key Value鍵值對，HashMap不保證元素的順序但保證Key必須唯一。

HashMap類的程式碼宣告如下所示：

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

1.1 新增元素

使用HashMap新增元素有以下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<>();

// 新增元素
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"));

// 新增重複的Key,沒有新增成功,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"));

以上程式碼執行的輸出結果是：

null

null

null

null

個人部落格

除錯程式碼也會發現platformMap只有4個元素，而且元素的順序和新增的順序不同：

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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"));

再次執行程式碼，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：

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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()方法來批量新增元素，使用方法如下所示：

HashMap<String, String> platformMap = new HashMap<>();

HashMap<String, String> majorPlatfromMap = new HashMap<>();

// 新增元素
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：

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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：

部落格園

null

當key不存在時，如果需要設定預設值，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個過載：

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個過載：

@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

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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，然後遍歷
使用Map.entrySet獲取所有的元素，然後使用iterator遍歷
使用Map.entrySet獲取所有的元素，然後使用foreach迴圈遍歷
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()返回的型別是一個Set集合，裡面的元素型別是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<>();

        // 新增元素
        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類的程式碼宣告如下所示：

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，只需修改下宣告處的程式碼即可：

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，它使用到了連結串列，因此可以保證元素的插入順序，即FIFO(First Input First Output 先進先出)。

LinkedHashMap類的程式碼宣告如下所示：

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，只需修改下宣告處的程式碼即可：

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，預設的排序規則是按照key的字典順序升序排序。

TreeMap類的程式碼宣告如下所示：

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，只需修改下宣告處的程式碼即可：

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允許新增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：

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

Hashtable不允許新增null值(Key和Value都不允許)，新增null值時會丟擲java.lang.NullPointerException異常。

Hashtable<String, String> hashtable = new Hashtable<>();

hashtable.put("cnblogs.com", null);
hashtable.put(null, null);

執行上面的程式碼，報錯資訊如下所示：

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

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預設的排序規則是按照key的字典順序升序排序。

先來看下TreeMap儲存String型別的例子：

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中放入的元素型別是我們自定義的引用型別，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;
    }
}

然後新增如下驗證程式碼：

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());
}

滿心歡喜的執行程式碼想看下效果，結果卻發現報如下錯誤：

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

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，還是甩鍋丟擲異常吧，哈哈。

怎麼解決呢？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預設生成的compareTo()方法如上所示。

這個方法會在執行add()方法新增元素時執行，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引數中指定元素o的後面

如果返回值小於0，代表這個元素要排在引數中指定元素o的前面

因此如果對compareTo()方法不做任何修改，直接執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;
}

再次執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宣告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. 原始碼及參考

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

1. HashMap使用

1.1 新增元素

1.2 獲取元素

1.3 獲取集合元素個數

1.4 刪除元素

1.5 修改元素

1.6 判斷集合是否為空

1.7 遍歷元素(面試常問)

1.8 清空集合

1.9 完整示例程式碼

2. Hashtable使用

3. LinkedHashMap使用

4. TreeMap使用

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

5.1 相同點

5.2 不同點

5.2.1 排序

5.2.2 null值

5.2.3 執行緒安全

5.2.4 繼承

6. TreeMap的兩種排序方式(面試常問)

6.1 自然排序

6.2 比較器排序

7. 原始碼及參考

8. 最後

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