常用Map实现类对比

翻译人员: 铁锚

翻译时间: 2013年12月12日

原文链接: HashMap
vs. TreeMap vs. Hashtable vs. LinkedHashMap

Map 是最常用的数据结构之一. 

Map 的字面翻译是映射(地图就是一种映射).

本文将为你展示如何使用各种不同的map,包括 HashMap, TreeMap, HashTable 以及 LinkedHashMap.

1. Map 概述

图1

在JavaSE中,对Map的实现主要包括: HashMap, TreeMap, HashTable 和 LinkedHashMap.

如果每个类都用一句话来描述,则表述如下:

• HashMap 使用哈希表(hash table)实现, 在 keys 和/或 values 之中,都是无序的.
• TreeMap 基于红黑树(red-black tree)数据结构实现, 按 key 排序.
• LinkedHashMap 保持者插入顺序.
• Hashtable 与HashMap实现方式一样,但Hashtable属于同步(synchronized)的.

所以如果代码是线程安全的,那么应该使用HashMap,因为Hashtable的同步是有一定量的运行代价的。而现今对于需要同步的Map，使用 ConcurrentHashMap 也比 Hashtable
有更高的效率。

2. HashMap

如果HashMap中的key使用的是自定义的类对象,那么需要遵守 equals() 与 hashCode() 规范.

class Dog {
	String color;

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

public class TestHashMap {
	public static void main(String[] args) {
		HashMap<Dog, Integer> hashMap = new HashMap<Dog, Integer>();
		Dog d1 = new Dog("red");
		Dog d2 = new Dog("black");
		Dog d3 = new Dog("white");
		Dog d4 = new Dog("white");

		hashMap.put(d1, 10);
		hashMap.put(d2, 15);
		hashMap.put(d3, 5);
		hashMap.put(d4, 20);

		//print size
		System.out.println(hashMap.size());

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

输出为:

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

注意看,我们错误地添加了两次"white dogs",但是HashMap 接受了,这严格来说是没意义的,因为现在对"white dogs"的数量产生了混淆.

修正后的 Dog 类如下所示:

class Dog {
    String color;

    Dog(String c) {
        color = c;
    }

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

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

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

再运行新的代码,结果如下所示:

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

原因在于 HashMap 不运行两个相同的元素作为KEY.

如果没有重写,使用的就会是 Object 类实现的 hashCode() 和 equals() 方法

默认的 hashCode() 方法实现对每个不同的对象返回不同的整数.

默认的 equals() 方法只比较两个引用是否指向同一个实际对象.

如果你还有疑惑，请阅读:  equals()与hashCode()方法协作约定

3. TreeMap

TreeMap是根据key排序的.我们先看下面的示例来加深 "按key排序" 的印象.

class Dog {
	String color;

	Dog(String c) {
		color = c;
	}
	public boolean equals(Object o) {
		return ((Dog) o).color == this.color;
	}

	public int hashCode() {
		return color.length();
	}
	public String toString(){
		return color + " dog";
	}
}

public class TestTreeMap {
	public static void main(String[] args) {
		Dog d1 = new Dog("red");
		Dog d2 = new Dog("black");
		Dog d3 = new Dog("white");
		Dog d4 = new Dog("white");

		TreeMap<Dog, Integer> treeMap = new TreeMap<Dog, Integer>();
		treeMap.put(d1, 10);
		treeMap.put(d2, 15);
		treeMap.put(d3, 5);
		treeMap.put(d4, 20);

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

执行后结果如下:

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.TestHashMap.main(TestHashMap.java:35)

既然 TreeMap 是按key排序的,那么key对象就必须可以和另一个对象作比较,因此必须实现 Comparable 接口。

当然，你也可以使用 String 对象作为key,因为 String 类已经实现了 Comparable 接口。

下面，我们修改 Dog 类的代码，使其实现Comparable：

class Dog implements Comparable<Dog>{
	String color;
	int size;

	Dog(String c, int s) {
		color = c;
		size = s;
	}

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

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

public class TestTreeMap {
	public static void main(String[] args) {
		Dog d1 = new Dog("red", 30);
		Dog d2 = new Dog("black", 20);
		Dog d3 = new Dog("white", 10);
		Dog d4 = new Dog("white", 10);

		TreeMap<Dog, Integer> treeMap = new TreeMap<Dog, Integer>();
		treeMap.put(d1, 10);
		treeMap.put(d2, 15);
		treeMap.put(d3, 5);
		treeMap.put(d4, 20);

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

执行后输出的结果是:

red dog – 10
black dog – 15
white dog – 20

这就是根据key对象排序的结果,此处我们使用了 size(尺寸)来比较 dog.

如果我们把

"Dog d4 = new Dog("white", 10);"

这一行代码替换为

"Dog d4 = new Dog("white", 40);"

那么，执行后的结果为:

white dog – 20
red dog – 10
black dog – 15
white dog – 5

原因是 TreeMap 使用 compareTo() 方法来比较 key对象,不同的 size 就被认为是不同的 dog.

4. Hashtable

根据Java文档, HashMap 类基本上等同于 Hashtable, 区别仅仅在于: HashMap 不是同步的,并且运行 null 值.

5. LinkedHashMap

LinkedHashMap 是 HashMap 的子类. 所以继承了所有 HashMap 的特性,另外, 链表保持了插入的顺序.

我们复制上面的 HashMap 的示例代码,并将HashMap替换为LinkedHashMap:

class Dog {
	String color;

	Dog(String c) {
		color = c;
	}

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

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

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

public class TestHashMap {
	public static void main(String[] args) {

		Dog d1 = new Dog("red");
		Dog d2 = new Dog("black");
		Dog d3 = new Dog("white");
		Dog d4 = new Dog("white");

		LinkedHashMap<Dog, Integer> linkedHashMap = new LinkedHashMap<Dog, Integer>();
		linkedHashMap.put(d1, 10);
		linkedHashMap.put(d2, 15);
		linkedHashMap.put(d3, 5);
		linkedHashMap.put(d4, 20);

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

输出结果如下:

red dog – 10
black dog – 15
white dog – 20

区别在于 HashMap输出的结果顺序与插入顺序是无关的. 

下面再次列出使用 HashMap的输出结果以供对比:

red dog – 10
white dog – 20
black dog – 15

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