1.介紹
Map接口定義了一個保存key-value的對象，該對象中key值是不存在重復的，每個key值至多對應一個value
在前面幾篇的文章中分別介紹了Map的實現類，如HashMap、Hashtable、TreeMap，詳細可以查看
2.類圖結構
Map結構
如上圖所示是實現Map接口的類圖結構，主要包含了如下的類與接口：
- Map接口： 定義將鍵值映射到值的對象，Map規定不能包含重復的鍵值，每個鍵最多可以映射一個值,這個接口是用來替換Dictionary類。
- SortedMap接口:定義按照key排序的Map結構，規定key-value是根據鍵key值的自然排序進行排序的，或者根據構造key-value時設定的構造器進行排序。
- NavigableMap接口： 是SortedMap接口的子接口，在其基礎上擴展了針對搜索目標返回最近匹配項的導航方法，例如方法lowEntry、floorEntry、ceilingEntry等，如果不存在這樣的鍵，則返回null
- AbstractMap類：提供了一個Map骨架的實現,盡量減少了實現Map接口所需要的工作量
- HashMap類：HashMap是實現了Map接口的key-value集合，實現了所有map的操作，允許key和value為null,它相當于Hashtable，與之存在的區別是hashMap不是線程安全的，HashMap允許null值。
- TreeMap類：TreeMap是基于紅黑樹的實現，也是記錄了key-value的映射關系，該映射根據key的自然排序進行排序或者根據構造方法中傳入的比較器進行排序，也就是說TreeMap是有序的key-value集合
- Hashtable類：它是類似與HashMap的key-value的哈希表，不允許key-value為NULL值，另外一點值得注意的是Hashtable是線程安全的
- Serializable接口：實現了該接口標識了類可以被序列化和反序列化，具體的 查詢序列化詳解
- Cloneable接口：實現了該接口的類可以顯示的調用Object.clone()方法，合法的對該類實例進行字段復制，如果沒有實現Cloneable接口的實例上調用Obejct.clone()方法，會拋出CloneNotSupportException異常。正常情況下，實現了Cloneable接口的類會以公共方法重寫Object.clone()
3.比較
雖然HashMap、Hashtable、TreeMap這三個都是Map接口的實現，其內部實現及性能等還是存在區別，下面將從區別及性能兩個方面去分析。
3.1 區別
3.1.1 基本
- HashMap：初始化容量為16，擴容每次為2*oldCap,key-value可以為NULL值
- Hashtable：初始化容量為11，擴容每次為2*oldCap+1,key-value不可以為NULL值
- TreeMap：初始化容量為0，內部是紅黑樹結構，不存在hash沖突的情況，不存在擴容的操作,key-value不可以為NULL值
3.1.2 實現
- HashMap：實現了Map接口，繼承了AbstractMap類
- Hashtable：實現了Map接口，繼承了AbstractMap類
- TreeMap：由于TreeMap是有序的，所以其除了實現了Map接口，還實現了SortedMap、NavigableMap接口
3.1.3 內部原理
- HashMap:HashMap是散列表實現，內部是數組+鏈表或者紅黑樹的結構
- Hashtable：Hashtable也是散列表實現，內部是數組+鏈表的結構
- TreeMap：TreeMap內部是紅黑樹的結構
3.1.4 線程安全
- HashMap：不是線程安全的，其實通過Map m = Collections.synchronizeMap(hashMap)的方式也可以使得HashMap變成線程安全的，但是這樣做對程序的性能可能是噩夢，在后面會介紹ConcurrentHashMap，建議在多線程的情況下可以使用ConcurrentHashMap替換HashMap.
- Hashtable：是線程安全的，內部方法使用關鍵字synchronized修飾
- TreeMap：不是線程安全的
3.2 性能
按照如下代碼對HashMap、Hashtable、TreeMap的性能進行測試
public class HashMapProgress {
//定義用于測試的HashMap
private static HashMap<Integer,Integer> hashMap = new HashMap<>();
//定義用于測試的Hashtable
private static Hashtable<Integer,Integer> hashtable = new Hashtable<>();
//定義用于測試的TreeMap
private static TreeMap<Integer,Integer> treeMap = new TreeMap<>();
/**
* 添加元素的方法
* @param map 對應的map
* @param count 添加個數
*/
public static void addEntry(Map<Integer,Integer> map, int count){
Long startTime = System.currentTimeMillis();
if (count <= 0){
return;
}
for (int i = 0; i < count; i++) {
map.put(i,i);
}
Long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("添加(" + count + ")個元素使用時間:" + (endTime - startTime) + "s");
}
/**
* 獲取元素的方法
* @param map
* @param count
*/
public static void getEntry(Map<Integer,Integer> map, int count){
Long startTime = System.currentTimeMillis();
if (count <= 0){
return;
}
for (int i = 0; i < count; i++) {
map.get(i);
}
Long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("獲取(" + count + ")個元素使用時間:" + (endTime - startTime) + "s");
}
public static void main(String[] args){
System.out.println("-------HashMap測試開始-----");
addEntry(hashMap,1000000);
getEntry(hashMap,1000000);
System.out.println("-------HashMap測試結束-----");
System.out.println("-------Hashtable測試開始-----");
addEntry(hashtable,1000000);
getEntry(hashtable,1000000);
System.out.println("-------Hashtable測試結束-----");
System.out.println("-------TreeMap測試開始-----");
addEntry(treeMap,1000000);
getEntry(treeMap,1000000);
System.out.println("-------TreeMap測試結束-----");
}
}
分別測試了100000,1000000,10000000個數據的情況，測試結果如下所示：
| 數據量 | HashMap | Hashtable | TreeMap |
|---|---|---|---|
| 100000 | 插入用時：18s 查詢用時：9s | 插入用時：14s 查詢用時：5s | 插入用時：33s 查詢用時：17s |
| 1000000 | 插入用時：98s 查詢用時：20s | 插入用時：625s 查詢用時：31s | 插入用時：242s 查詢用時： 145s |
| 10000000 | 插入用時：9773s 查詢用時：811s | 插入用時：15055s 查詢用時：3369s | 插入用時：22354s 查詢用時： 3889s |
通過上表可以看出隨著數據量的增加，時間變化差異還是很大的，而在單線程的情況下還是盡量使用HashMap，相對于Hashtable、TreeMap性能更好，而針對特定的情況需視情況而論。
4.總結
本文主要是對前面介紹的HashMap、Hashtable、TreeMap這些Map接口實現類的一個總結，主要分析這些實現類的一些特點以及存在的差異，最后想說的是針對不同的情況可以選擇不同的Map進行編碼，如有問題，望指正。
