Java 中 HashMap 與 TreeMap 核心區別深度解析

Map 基礎概念

Map 是鍵值對集合，通過 Key 索引 Value。Java 提供多種實現，最常用的是 HashMap（哈希表）與 TreeMap（紅黑樹）。

類層級結構

• HashMap 繼承 AbstractMap，實現 Map 接口。
• TreeMap 繼承 AbstractMap，實現 NavigableMap（繼承 SortedMap）。

核心區別對比

構造方法概覽

HashMap

• HashMap()
• HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m)
• HashMap(int initialCapacity)
• HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)

TreeMap

• TreeMap()
• TreeMap(Map<? extends K, ? extends V> m)
• TreeMap(Comparator<? super K> comparator)
• TreeMap(SortedMap<K, ? extends V> m)

代碼演示：順序差異

Map<String, String> hashMap = new HashMap<>();
hashMap.put("a", "aaa"); hashMap.put("b", "bbb"); hashMap.put("c", "ccc"); hashMap.put("d", "ddd");
// 輸出順序不固定，例：ddd, bbb, ccc, aaa

TreeMap<String, String> treeMap = new TreeMap<>();
treeMap.put("a", "aaa"); treeMap.put("b", "bbb"); treeMap.put("c", "ccc"); treeMap.put("d", "cdc");
// 輸出嚴格按 Key 排序：aaa, bbb, ccc, cdc

HashMap 核心原理與 hashCode/equals 契約

HashMap 通過 hashCode() 確定桶位置，再用 equals() 精確匹配。若 Key 未正確重寫這兩個方法，會導致「明明 put 了卻 get 不到」的問題。

錯誤示例

class Element { int number; Element(int n) { number = n; } }
// 未重寫 hashCode/equals，預設使用 Object 內存地址
Map<Element, Figureout> map = new HashMap<>();
map.put(new Element(5), new Figureout());
Element test = new Element(5);
map.containsKey(test); // false！因為兩個 Element 實例 hashCode 不同

正確重寫

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

重寫 hashCode 兩大原則

1. 不為一原則：不必為每個不同對象產生唯一 hashCode，只需保證 equals 為 true 時 hashCode 相等。
2. 分散原則：hashCode 值盡量均勻分佈，減少哈希碰撞，提升性能。

總結建議

• 默認優先使用 HashMap，性能更優。
• 需要有序遍歷、範圍查詢（subMap、headMap、tailMap）時選 TreeMap。
• 多線程環境下考慮 ConcurrentHashMap 或 Collections.synchronizedMap。