深入理解HashMap和TreeMap的區別
簡介
HashMap和TreeMap是Map家族中非常常用的兩個類，兩個類在使用上和本質上有什麼區別呢？本文將從這兩個方面進行深入的探討，希望能揭露其本質。
HashMap和TreeMap本質區別
先看HashMap的定義：
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable
再看TreeMap的定義：
public class TreeMap<K,V>
extends AbstractMap<K,V>
implements NavigableMap<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable
從類的定義來看，HashMap和TreeMap都繼承自AbstractMap，不同的是HashMap實現的是Map接口，而TreeMap實現的是NavigableMap接口。NavigableMap是SortedMap的一種，實現了對Map中key的排序。
這樣兩者的第一個區別就出來了，TreeMap是排序的而HashMap不是。
再看看HashMap和TreeMap的構造函數的區別。
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)
HashMap除了默認的無參構造函數之外，還可以接受兩個參數initialCapacity和loadFactor。
HashMap的底層結構是Node的數組：
transient Node<K,V>[] table
initialCapacity就是這個table的初始容量。如果大家不傳initialCapacity，HashMap提供了一個默認的值：
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
當HashMap中存儲的數據過多的時候，table數組就會被裝滿，這時候就需要擴容，HashMap的擴容是以2的倍數來進行的。而loadFactor就指定了什麼時候需要進行擴容操作。默認的loadFactor是0.75。
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
再來看幾個非常有趣的變量：
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
上面的三個變量有什麼用呢？在java 8之前，HashMap解決hashcode衝突的方法是採用鏈表的形式，爲了提升效率，java 8將其轉成了TreeNode。什麼時候會發送這個轉換呢？
這時候就要看這兩個變量TREEIFY_THRESHOLD和UNTREEIFY_THRESHOLD。
有的同學可能發現了，TREEIFY_THRESHOLD爲什麼比UNTREEIFY_THRESHOLD大2呢？其實這個問題我也不知道，但是你看源代碼的話，用到UNTREEIFY_THRESHOLD時候，都用的是<=,而用到TREEIFY_THRESHOLD的時候，都用的是>= TREEIFY_THRESHOLD - 1，所以這兩個變量在本質上是一樣的。
MIN_TREEIFY_CAPACITY表示的是如果table轉換TreeNode的最小容量，只有capacity >= MIN_TREEIFY_CAPACITY的時候才允許TreeNode的轉換。
TreeMap和HashMap不同的是，TreeMap的底層是一個Entry：
private transient Entry<K,V> root
他的實現是一個紅黑樹，方便用來遍歷和搜索。
TreeMap的構造函數可以傳入一個Comparator，實現自定義的比較方法。
public TreeMap(Comparator<? super K> comparator) {
this.comparator = comparator;
}
如果不提供自定義的比較方法，則使用的是key的natural order。
排序區別
我們講完兩者的本質之後，現在舉例說明，先看下兩者對排序的區別：
@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);
}
同樣的代碼，一個使用了HashMap，一個使用了TreeMap，我們會發現TreeMap輸出的結果是排好序的，而HashMap的輸出結果是不定的。
Null值的區別
HashMap可以允許一個null key和多個null value。而TreeMap不允許null key，但是可以允許多個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> hashmap = new TreeMap<>();
hashmap.put(null, null);
log.info("{}",hashmap);
}
HashMap會報出： NullPointerException。
性能區別
HashMap的底層是Array，所以HashMap在添加，查找，刪除等方法上面速度會非常快。而TreeMap的底層是一個Tree結構，所以速度會比較慢。
另外HashMap因爲要保存一個Array，所以會造成空間的浪費，而TreeMap只保存要保持的節點，所以佔用的空間比較小。
HashMap如果出現hash衝突的話，效率會變差，不過在java 8進行TreeNode轉換之後，效率有很大的提升。
TreeMap在添加和刪除節點的時候會進行重排序，會對性能有所影響。
共同點
兩者都不允許duplicate key,兩者都不是線程安全的。
本文的例子https://github.com/ddean2009/learn-java-collections
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