Java Map学习笔记：HashMap、LinkedHashMap 与 TreeMap 的核心使用与区别

Java内置的集合框架，除了提供Collection单列集合外，还提供所谓双列集合Map，即所谓存储"键值对"的集合。键和值是两个对象，而键值对在Java中称为entry。

与Collection相似，Map是一个接口，有HashMap、LinkedHashMap和TreeMap三种实现类，这三种实现类与Set的三种实现类（HashSet、LinkedHashSet和TreeSet）在底层实现上相同。实际上，Map只是比Set增加了一个"值对象"。准确来说，HashSet的内部实现基于 HashMap，将其值视为一个固定值。因此，Map具有与Set相似特点：不保证顺序、键不可重复（但值可重复）、不可索引。

Map的方法与Set也很相似，但是额外多了有关值的方法。Map常见方法如下：

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V put(K key, V value);           // 添加键值对，如果键存在会返回旧值，如果键不存在则返回null
V remove(Object key);             // 删除键值对，返回旧值。若键不存在则返回null
boolean remove(Object key, Object value); // 删除指定键值对
void clear();                     // 清空Map
V get(Object key);                // 获取指定键的值
boolean containsKey(Object key);  // 是否包含键
boolean containsValue(Object value); // 是否包含值
int size();                       // 元素数量
boolean isEmpty();                // 是否为空

对常见方法的代码演示如下：

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public class Demo0 {  
    public static void main(String[] args) {  
        // 创建Map集合对象  
        Map<String, String> map = new HashMap<>();  
  
        // boolean isEmpty(); 判断集合是否为空  
        System.out.println(map.isEmpty()); // true  
  
        // V put(K key, V value); 添加键值对，如果键存在会返回旧值,同时覆盖旧值，如果键不存在则返回null  
        System.out.println(map.put("郭靖", "黄蓉")); // null  
        System.out.println(map.put("杨过", "小龙女")); // null  
        System.out.println(map.put("韦小宝", "沐剑屏")); // null  
        System.out.println(map.put("韦小宝", "阿珂")); // 沐剑屏  
  
        System.out.println(map); // {郭靖=黄蓉, 杨过=小龙女, 韦小宝=阿珂}  
  
        // int size(); 获取键值对数量  
        System.out.println(map.size()); // 3  
        System.out.println(map.isEmpty()); // false  
  
        // boolean containsKey(Object key); 判断集合中是否包含指定的键  
        System.out.println(map.containsKey("郭靖")); // true  
        System.out.println(map.containsKey("小龙女")); // false  
  
        // boolean containsValue(Object value); 判断集合中是否包含指定的值  
        System.out.println(map.containsValue("阿珂")); // true  
        System.out.println(map.containsValue("沐剑屏")); // false  
  
        // V remove(Object key); 删除键值对，返回旧值。若键不存在则返回null  
        System.out.println(map.remove("郭靖")); // 黄蓉  
        System.out.println(map.remove("小龙女")); // null  
    }  
}

Map的遍历有三种方式：

通过键找值：获取Map中的所有key为新Set，再通过key找到value。
通过键值对：获取Map中的键值对对象成一个新Set，再遍历键值对对象找key、value。
使用foreach方法用lamda表达式

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public class Demo1 {  
    public static void main(String[] args) {  
        // 创建Map集合  
        Map<String, String> map = new HashMap<>();  
  
        // 添加元素  
        map.put("郭靖", "黄蓉");  
        map.put("杨过", "小龙女");  
        map.put("韦小宝", "沐剑屏");  
  
        // 遍历方法1： 通过键找值：获取Map中的所有key为新单列集合，再通过key找到value。  
        Set<String> keys = map.keySet(); // keySet()方法获取Map中的所有key集合  
        for (String key : keys) {  
            String value = map.get(key); // get(key)方法通过key找到value  
            System.out.println(key + "=" + value);  
        }  
  
        System.out.println("---------分割线-----------");  
  
        // 遍历方法2： 通过键值对：获取Map中的键值对对象成一个新单列集合，再遍历键值对对象找key、value。  
        Set<Map.Entry<String, String>> entries = map.entrySet(); // entrySet()方法获取Map中的键值对对象集合  
        for (Map.Entry<String, String> entry : entries) {  
            String key = entry.getKey(); // Entry对象的getKey()方法获取key  
            String value = entry.getValue(); // Entry对象的getValue()方法获取value  
            System.out.println(key + "=" + value);  
        }  
  
        System.out.println("---------分割线-----------");  
  
        // 遍历方法3： 通过foreach方法  
        map.forEach((key, value) -> System.out.println(key + "=" + value));  
    }  
}

HashMap

HashMap是Map的实现类，底层使用哈希表。

HashMap与HashSet相似，HashSet节点Node中存储的内容是元素本身，而HashMap存储的内容是键值对对象，又称为Entry对象。

HashMap的元素插入逻辑：

将键和值两个对象，组成一个键值对Entry对象
用键调用hashCode()方法，计算键的哈希值
通过哈希值和哈希表数组的长度，计算数组索引值
若数组为null，则存储键值对对象
若数组不为null，则调用equals()方法，逐一判断链表中已存在的键值对的键，是否相等
若键相同，则覆盖键值对对象
若链表中的键都不同，则最后插入到链表尾部。

因此，若用HashMap，与HashSet相似，需要重写键类的hashCode()和equals()方法。

LinkedHashMap

LinkedHashMap是Map的实现类，底层使用哈希表。

LinkedHashMap与HashMap的关系，就跟LinkedHashSet与HashSet的关系相似，LinkedHashMap是在HashMap的节点基础上，增加了指向上一个插入元素Entry对象的节点和指向下一个插入元素Entry对象的节点。

因此，LinkedHashMap特点是有序、键不重复、不可索引。如下可以看出，遍历获取的顺序与插入顺序相同：

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public class Demo2 {  
    public static void main(String[] args) {  
        // 创建一个Map集合对象  
        Map<Student, String> map = new LinkedHashMap<>();  
  
        // 添加三个元素  
        map.put(new Student("张三", 18), "成都");  
        map.put(new Student("李四", 19), "上海");  
        map.put(new Student("王五", 20), "北京");  
  
        // 遍历键值对  
        for (Map.Entry<Student, String> entry : map.entrySet()) {  
            System.out.println(entry.getKey() + "=" + entry.getValue());  
        }  
    }  
}

shell 复制代码

Student{name='张三', age=18}=成都
Student{name='李四', age=19}=上海
Student{name='王五', age=20}=北京

进程已结束，退出代码为 0

TreeMap

TreeMap是Map的实现类，底层使用红黑树。

TreeMap与TreeSet相似，HashSet节点Node中存储的内容是元素本身，而HashMap存储的内容是键值对对象，又称为Entry对象。

树这一数据结构要求存储的元素需要能够比较，因此TreeMap存储的键值对对象的键也需要支持比较。