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6. 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> treemap = new TreeMap<>();
        treemap.put(null, null);
        log.info("{}",treemap);
    }

TreeMap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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