Java の HashMap と TreeMap の違いを深く理解する

まず、Mapとは何かをご紹介します。配列では、配列の添字を使用してその内容にインデックスを付けますが、マップでは、オブジェクトを使用してオブジェクトにインデックスを付けます。インデックスに使用されるオブジェクトはキーと呼ばれ、それに対応するオブジェクトは値と呼ばれます。これは通常、キーと値のペアと呼ばれるものです。

HashMap はハッシュコードを使用してコンテンツを迅速に検索しますが、TreeMap 内のすべての要素は特定の固定順序を維持します。順序付けされた結果を取得する必要がある場合は、TreeMap を使用する必要があります (HashMap 内の要素の順序は安定していません)。
HashMap 非スレッドセーフ TreeMap 非スレッドセーフ

スレッドセーフ
Java では、スレッド セーフは通常、次の 2 つの側面に反映されます。
1. 同じ Java インスタンスへの複数のスレッドのアクセス (読み取りと変更) は行われません。それは主にキーワードの同期に反映されます。 ArrayList と Vector、HashMap と Hashtable
など (後者には各メソッドの前に synchronized キーワードがあります)。 List オブジェクトを操作していて、他のスレッドが要素を削除している場合、問題が発生します。

2. 各スレッドには独自のフィールドがあり、複数のスレッド間で共有されません。これは主に java.lang.ThreadLocal クラスに反映されますが、static や transient などの Java キーワードはサポートされていません。
1.AbstractMap 抽象クラスと SortedMap インターフェイス
AbstractMap 抽象クラス: (HashMap は AbstractMap を継承) 2 つの等しいマップが同じハッシュ コードを返すように、equals() メソッドと hashCode() メソッドをオーバーライドします。 2 つのマップは、サイズが等しく、同じキーが含まれ、両方のマップで各キーが同じ値を持つ場合、等しいと見なされます。マップのハッシュ コードは、マップの要素のハッシュ コードの合計であり、各要素は Map.Entry インターフェイスの実装です。したがって、2 つの等しいマッピングは、マッピングの内部順序に関係なく、同じハッシュ コードを報告します。
SortedMap インターフェース: (TreeMap は SortedMap から継承) キーの順序を維持するために使用されます。 SortedMap インターフェイスは、2 つのエンドポイントを含む画像のビュー (サブセット) へのアクセス メソッドを提供します。 SortedMap の処理は、ソートがマップのキーに対して実行されることを除いて、SortedSet の処理と同じです。 SortedMap 実装クラスに追加される要素は Comparable インターフェイスを実装する必要があります。それ以外の場合は、そのコンストラクターに Comparator インターフェイスの実装を提供する必要があります。 TreeMap クラスはその唯一の実装です。

2. 2 つの従来の Map 実装
HashMap: ハッシュ テーブル実装に基づいています。 HashMap を使用するには、追加されたキー クラスで hashCode() とquals() を明確に定義する必要があります [hashCode() とquals() はオーバーライドできます]。HashMap スペースの使用を最適化するために、初期容量と負荷係数を調整できます。
(1)HashMap(): 空のハッシュ イメージを構築します
(2)HashMap(Map m): ハッシュ イメージを構築し、イメージ m のすべてのマッピングを追加します
(3)HashMap(intInitialCapacity): 空のハッシュ イメージを構築します特定の容量を持つ
(4)HashMap(intInitialCapacity, floatloadFactor): 特定の容量と負荷係数を持つ空のハッシュ イメージを構築します
TreeMap: 赤黒ツリー実装に基づきます。ツリーは常にバランスが保たれているため、TreeMap には調整オプションはありません。
(1)TreeMap(): 空のイメージ ツリーを構築します
(2)TreeMap(Map m): イメージ ツリーを構築し、イメージ m 内のすべての要素を追加します
(3)TreeMap(Comparator c): イメージ ツリーを構築し、そして特定のコンパレータを使用してキーワードを並べ替えます
(4)TreeMap(SortedMap s): 画像ツリーを構築し、すべてのマッピングを画像ツリーに追加し、順序付けされた画像 s と同じコンパレータを使用して並べ替えます

3 。2 つの一般的なマッププロパティ
HashMap: Map 内の要素の挿入、削除、配置に適しています。
ツリーマップ: 自然な順序またはカスタム順序でキーを移動するのに適しています。

4. 概要
HashMap は通常、TreeMap よりも少し高速です (ツリーとハッシュ テーブルのデータ構造のため)。ソートされたマップが必要な場合にのみ、HashMap を使用することをお勧めします。

import java.util.HashMap; 
import java.util.Hashtable; 
import java.util.Iterator; 
import java.util.Map; 
import java.util.TreeMap; 
public class HashMaps { 
public static void main(String[] args) { 
Map<String, String> map = new HashMap<String, String>(); 
map.put("a", "aaa"); 
map.put("b", "bbb"); 
map.put("c", "ccc"); 
map.put("d", "ddd"); 
Iterator<String> iterator = map.keySet().iterator(); 
while (iterator.hasNext()) { 
Object key = iterator.next(); 
System.out.println("map.get(key) is :" + map.get(key)); 
} 
// 定义HashTable,用来测试 
Hashtable<String, String> tab = new Hashtable<String, String>(); 
tab.put("a", "aaa"); 
tab.put("b", "bbb"); 
tab.put("c", "ccc"); 
tab.put("d", "ddd"); 
Iterator<String> iterator_1 = tab.keySet().iterator(); 
while (iterator_1.hasNext()) { 
Object key = iterator_1.next(); 
System.out.println("tab.get(key) is :" + tab.get(key)); 
} 
TreeMap<String, String> tmp = new TreeMap<String, String>(); 
tmp.put("a", "aaa"); 
tmp.put("b", "bbb"); 
tmp.put("c", "ccc"); 
tmp.put("d", "cdc"); 
Iterator<String> iterator_2 = tmp.keySet().iterator(); 
while (iterator_2.hasNext()) { 
Object key = iterator_2.next(); 
System.out.println("tmp.get(key) is :" + tmp.get(key)); 
} 
} 
}

実行結果は以下の通りです:
map.get(key) は :ddd
map.get(key) は :bbb
map.get(key) は :ccc
map.get(key) は :aaa
tab.get(key) は :bbb
tab.get(key) は :aaa
tab.get(key) は :ddd
tab.get(key) は :ccc
tmp.get(key) は :aaa
tmp.get(key) は :bbb
tmp.get(key) は :ccc
tmp.get(key) は :cdc
TreeMap が出力した結果はソートされますが、HashMap の結果はソートされません。
それでは、この記事の本題に入りましょう。まず、HashMap の使用方法を説明するための例を示します。

import java.util.*; 
public class Exp1 { 
public static void main(String[] args){ 
HashMap h1=new HashMap(); 
Random r1=new Random(); 
for (int i=0;i<1000;i++){ 
Integer t=new Integer(r1.nextInt(20)); 
if (h1.containsKey(t)) 
((Ctime)h1.get(t)).count++; 
else 
h1.put(t, new Ctime()); 
} 
System.out.println(h1); 
} 
} 
class Ctime{ 
int count=1; 
public String toString(){ 
return Integer.toString(count); 
} 
}

HashMap では、get() を通じて値を取得し、put() を通じて値を挿入し、ContainsKey() によってオブジェクトが既に存在するかどうかを確認します。 ArrayList の操作と比較すると、キーによるコンテンツのインデックス付けを除けば、HashMap は他の側面で大きな違いがないことがわかります。
前に紹介したように、HashMap は HashCode に基づいています。すべてのオブジェクトのスーパークラス Object に HashCode() メソッドがありますが、equals メソッドと同様にすべての状況に適用できるわけではないため、独自の HashCode を書き直す必要があります。 （）方法。以下に例を示します:

import java.util.*; 
public class Exp2 { 
public static void main(String[] args){ 
HashMap h2=new HashMap(); 
for (int i=0;i<10;i++) 
h2.put(new Element(i), new Figureout()); 
System.out.println("h2:"); 
System.out.println("Get the result for Element:"); 
Element test=new Element(5); 
if (h2.containsKey(test)) 
System.out.println((Figureout)h2.get(test)); 
else 
System.out.println("Not found"); 
} 
} 
class Element{ 
int number; 
public Element(int n){ 
number=n; 
} 
} 
class Figureout{ 
Random r=new Random(); 
boolean possible=r.nextDouble()>0.5; 
public String toString(){ 
if (possible) 
return "OK!"; 
else 
return "Impossible!"; 
} 
}

在这个例子中，Element用来索引对象Figureout,也即Element为key，Figureout为value。在Figureout中随机生成一个浮点数，如果它比0.5大，打印"OK!"，否则打印"Impossible!"。之后查看Element(3)对应的Figureout结果如何。

结果却发现，无论你运行多少次，得到的结果都是"Not found"。也就是说索引Element(3)并不在HashMap中。这怎么可能呢？
原因得慢慢来说：Element的HashCode方法继承自Object，而Object中的HashCode方法返回的HashCode对应于当前的地址，也就是说对于不同的对象，即使它们的内容完全相同，用HashCode（）返回的值也会不同。这样实际上违背了我们的意图。因为我们在使用 HashMap时，希望利用相同内容的对象索引得到相同的目标对象，这就需要HashCode()在此时能够返回相同的值。在上面的例子中，我们期望 new Element(i) (i=5)与 Elementtest=newElement(5)是相同的，而实际上这是两个不同的对象，尽管它们的内容相同，但它们在内存中的地址不同。因此很自然的，上面的程序得不到我们设想的结果。下面对Element类更改如下：

class Element{ 
int number; 
public Element(int n){ 
number=n; 
} 
public int hashCode(){ 
return number; 
} 
public boolean equals(Object o){ 
return (o instanceof Element) && (number==((Element)o).number); 
} 
}

在这里Element覆盖了Object中的hashCode()和equals()方法。覆盖hashCode()使其以number的值作为 hashcode返回，这样对于相同内容的对象来说它们的hashcode也就相同了。而覆盖equals()是为了在HashMap判断两个key是否相等时使结果有意义（有关重写equals()的内容可以参考我的另一篇文章《重新编写Object类中的方法》）。修改后的程序运行结果如下： 
h2: 
Get the result for Element: 
Impossible! 
请记住：如果你想有效的使用HashMap，你就必须重写在其的HashCode()。 
还有两条重写HashCode()的原则： 
[list=1] 
不必对每个不同的对象都产生一个唯一的hashcode，只要你的HashCode方法使get()能够得到put()放进去的内容就可以了。即"不为一原则"。 

生成hashcode的算法尽量使hashcode的值分散一些，不要很多hashcode都集中在一个范围内，这样有利于提高HashMap的性能。即"分散原则"。至于第二条原则的具体原因，有兴趣者可以参考Bruce Eckel的《Thinking in Java》，在那里有对HashMap内部实现原理的介绍，这里就不赘述了。 
掌握了这两条原则，你就能够用好HashMap编写自己的程序了。不知道大家注意没有，java.lang.Object中提供的三个方法：clone()，equals()和hashCode()虽然很典型，但在很多情况下都不能够适用，它们只是简单的由对象的地址得出结果。这就需要我们在自己的程序中重写它们，其实java类库中也重写了千千万万个这样的方法。利用面向对象的多态性——覆盖，Java的设计者很优雅的构建了Java的结构，也更加体现了Java是一门纯OOP语言的特性。

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