Java中的TreeMap、Comparable、Comparator

　　我们知道HashMap的存储位置是按照key这个对象的hashCode来存放的，而TreeMap则是不是按照hashCode来存放，他是按照实现的Comparable接口的compareTo这个方法来存储的，只要compareTo的返回结果为0就表示两个对象相等，那么就存不进去两个对象，后put的就把前面的覆盖掉，甚至我们都不用重写equasls和hashCode方法，而只需要实现Comparable接口来重写comparareTo方法就行了，但是我们不能保证在应用中不会用到HashMap，所以保持良好的习惯，当我们定义了一个对象之后习惯性的重写equals和hashCode方法。本文比较详细的解释了TreeMap、Comparable、Comparator这三者的关联。

　　测试Comparable接口：

　　第一次比较：定义一个User类，实现Comparable接口，按照年龄排序，我们让equals为true，而hashCode也始终相等。

　　

public class User implements Comparable<User> {
    private String id;
    private String name;
    private Integer age;

    public User() {
    }

    public User(String id, String name, Integer age) {
        super();
        this.id = id;
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getId() {
        return id;
    }

    public void setId(String id) {
        this.id = id;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public Integer getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(Integer age) {
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "User [name=" + name + ", age=" + age + "]";
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        return true;
    }
    
    @Override
    public int hashCode() {
        return 0;
    }
    public int compareTo(User o) {
        return this.age > o.getAge() ? 1 : this.age == o.getAge() ? 0 : -1;
    }
}

　　测试代码：

public class TestUser {
    public static void main(String[] args) {
        Map<User, Integer> userHashMap = new HashMap<User, Integer>();
        User user1 = new User("1", "Jay", 30);
        User user2 = new User("2", "Jolin", 21);
        User user3 = new User("3", "Jack Cheng", 22);
        User user4 = new User("4", "Bruce Lee", 22);
        userHashMap.put(user1, 100);
        userHashMap.put(user2, 200);
        userHashMap.put(user3, 300);
        userHashMap.put(user4, 400);
        
        System.out.println(userHashMap);
        
        Map<User, Integer>  userTreeMap = new TreeMap<User, Integer>();
        userTreeMap.put(user1, 100);
        userTreeMap.put(user2, 200);
        userTreeMap.put(user3, 300);
        userTreeMap.put(user4, 400);
        
        System.out.println(userTreeMap);
    }
}

　　结果：

{User [name=Jay, age=30]=400}
{User [name=Jolin, age=21]=200, User [name=Jack Cheng, age=22]=400, User [name=Jay, age=30]=100}

　　结论：对于HashMap而言，只要key的equals相等就表示两个元素相等，HashMap就存不进去；而TreeMap是不管equals和hashCode的，只要compareTo相等就表示两个元素相同，就存不进去。

　　2.第二次比较：现在我们按照id来重写hashCode和equals方法，如下：

    @Override
    public int hashCode() {
        final int prime = 31;
        int result = 1;
        result = prime * result + ((id == null) ? 0 : id.hashCode());
        return result;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (this == obj)
            return true;
        if (obj == null)
            return false;
        if (getClass() != obj.getClass())
            return false;
        User other = (User) obj;
        if (id == null) {
            if (other.id != null)
                return false;
        } else if (!id.equals(other.id))
            return false;
        return true;
    }

测试代码不变，还是上面的测试代码，结果：

{User [name=Jolin, age=21]=200, User [name=Jay, age=30]=100, User [name=Bruce Lee, age=22]=400, User [name=Jack Cheng, age=22]=300}
{User [name=Jolin, age=21]=200, User [name=Jack Cheng, age=22]=400, User [name=Jay, age=30]=100}

说明：HashMap只要equals不等那就表示不等，而对于TreeMap如果compareTo相等，那么2个元素就相等，并且排序是按照compareTo方法定义的排序规则。

 

接下来再在测试代码里面添加List测试：

        List<User> userList = new ArrayList<User>();
        userList.add(user1);
        userList.add(user2);
        userList.add(user3);
        userList.add(user4);
        
        System.out.println(userList);
        
        Collections.sort(userList);
        System.out.println(userList);

结果：

{User [name=Jolin, age=21]=200, User [name=Jay, age=30]=100, User [name=Bruce Lee, age=22]=400, User [name=Jack Cheng, age=22]=300}
{User [name=Jolin, age=21]=200, User [name=Jack Cheng, age=22]=400, User [name=Jay, age=30]=100}
[User [name=Jay, age=30], User [name=Jolin, age=21], User [name=Jack Cheng, age=22], User [name=Bruce Lee, age=22]]
[User [name=Jolin, age=21], User [name=Jack Cheng, age=22], User [name=Bruce Lee, age=22], User [name=Jay, age=30]]

当调用sort方法之后List里面的元素就按照age排序了。

对于Comparator，一种叫做策略模式的设计模式，我们在User中实现Comparable接口，重写里面的方法，可以实现对User按age排序，这个排序算法是存在于User内部的，换句话说User和排序算法是相互依存的，User只能用compareTo这个算法，而compareTo算法也只能为User服务，那么如果我们其他地方也有同样的需求，就只能再实现一次Comparable，来为另外一个对象服务，这就有点重复的感觉，而且代码没有得到复用，样子对象和算法混在一起耦合性很强，于是希望把算法和模型分离出来，让算法单独存在，不同的对象可以使用同一个算法，并且二者是分离的，没有混为一体。当然可以分开那必然还是可以放在一起的。用一句比较专业点的话来讲就是策略模式有两个特点：1.封装变化。2.变成中使用接口而不实现接口。如果我再说得直白一点，策略模式就是一种面向接口编程的思想。这点在多线程里面也有所体现，就是为什么我们在开启新线程的时候要new Thread(Runnable接口)，参数传接口而不推荐去继承Thread，虽然也可以继承，这也是体现面向对象的封装特性，将run的算法和线程分离，可以实现run所在类的复用，虽然一般都不会去复用，当然这里还有一点就是Java只能单继承，如果继承了Thread就不能在继承其他的类。此时我们的User是按照age排序，那如果想按照名字排序呢，那就没办法了，但是如果将算法分离出来，需要用名字排序我们就传用名字排序的算法进去，需要用age排序就传age排序算法进去。环境持有接口引用，通过set方法将接口实现传入到环境，在环境中来调用接口方法，这完完全全是面向接口的特点。下面的第一个例子就是存放在一起的，因为TreeMap的构造方法其中就有一个是待Comparator接口参数的构造方法，该参数只要实现了Comparator接口就行，如下：

public TreeMap(Comparator<? super K> comparator) {
        this.comparator = comparator;
    }

举例：

有一个Person类，实现了Comparator接口，并且按照岁数排序：

public class Person implements Comparator<Person> {
    private String id;
    private String name;
    private Integer age;

    public Person() {
    }

    public Person(String id, String name, Integer age) {
        this.id = id;
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getId() {
        return id;
    }

    public void setId(String id) {
        this.id = id;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public Integer getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(Integer age) {
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Person [name=" + name + ", age=" + age + "]";
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        final int prime = 31;
        int result = 1;
        result = prime * result + ((id == null) ? 0 : id.hashCode());
        return result;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (this == obj)
            return true;
        if (obj == null)
            return false;
        if (getClass() != obj.getClass())
            return false;
        Person other = (Person) obj;
        if (id == null) {
            if (other.id != null)
                return false;
        } else if (!id.equals(other.id))
            return false;
        return true;
    }

    public int compare(Person o1, Person o2) {
        return o1.getAge() > o2.getAge() ? 1 : o1.getAge() == o2.getAge() ? 0 : -1;
    }
    

}

测试：

public class TestPerson {
    public static void main(String[] args) {
        Map<Person, Integer> personHashMap = new HashMap<Person, Integer>();
        Person person1 = new Person("1", "Jay", 30);
        Person person2 = new Person("2", "Jolin", 21);
        Person person3 = new Person("3", "Jack Cheng", 22);
        Person person4 = new Person("4", "Bruce Lee", 22);
        personHashMap.put(person1, 100);
        personHashMap.put(person2, 200);
        personHashMap.put(person3, 300);
        personHashMap.put(person4, 400);
        
        System.out.println(personHashMap);
        
        Map<Person, Integer>  personTreeMap = new TreeMap<Person, Integer>(new Person());
        personTreeMap.put(person1, 100);
        personTreeMap.put(person2, 200);
        personTreeMap.put(person3, 300);
        personTreeMap.put(person4, 400);
        
        System.out.println(personTreeMap);
        
    }
}

结果：

{Person [name=Jolin, age=21]=200, Person [name=Jay, age=30]=100, Person [name=Bruce Lee, age=22]=400, Person [name=Jack Cheng, age=22]=300}
{Person [name=Jolin, age=21]=200, Person [name=Jack Cheng, age=22]=400, Person [name=Jay, age=30]=100}

依然是compara方法相等的元素表示相同，只能存放一个进去，并且是按照age排序的。

在List中的结果：

public class TestPerson {
    public static void main(String[] args) {
        Map<Person, Integer> personHashMap = new HashMap<Person, Integer>();
        Person person1 = new Person("1", "Jay", 30);
        Person person2 = new Person("2", "Jolin", 21);
        Person person3 = new Person("3", "Jack Cheng", 22);
        Person person4 = new Person("4", "Bruce Lee", 22);
        personHashMap.put(person1, 100);
        personHashMap.put(person2, 200);
        personHashMap.put(person3, 300);
        personHashMap.put(person4, 400);
        
        System.out.println(personHashMap);
        
        Map<Person, Integer>  personTreeMap = new TreeMap<Person, Integer>(new Person());
        personTreeMap.put(person1, 100);
        personTreeMap.put(person2, 200);
        personTreeMap.put(person3, 300);
        personTreeMap.put(person4, 400);
        
        System.out.println(personTreeMap);
        
        List<Person> personList = new ArrayList<Person>();
        
        personList.add(person1);
        personList.add(person2);
        personList.add(person3);
        personList.add(person4);
        
        System.out.println(personList);
        
        Collections.sort(personList, new Person());
        
        System.out.println(personList);
        
    }
}

结果：

{Person [name=Jolin, age=21]=200, Person [name=Jay, age=30]=100, Person [name=Bruce Lee, age=22]=400, Person [name=Jack Cheng, age=22]=300}
{Person [name=Jolin, age=21]=200, Person [name=Jack Cheng, age=22]=400, Person [name=Jay, age=30]=100}
[Person [name=Jay, age=30], Person [name=Jolin, age=21], Person [name=Jack Cheng, age=22], Person [name=Bruce Lee, age=22]]
[Person [name=Jolin, age=21], Person [name=Jack Cheng, age=22], Person [name=Bruce Lee, age=22], Person [name=Jay, age=30]]

调用sort方法前没排序，而调用之后按照age排序了。

其实将算法和模型分离也非常类似，只需要将实现Comparator接口的类单独拿出去就ok了。现在定义Person类，不实现Comparator接口，而将SortPerson类来实现该接口，其实就是用SortPerson类代替之前TreeMap中的参数，之前的参数是实现了Comparator接口的Person对象。

Person类：
public class Person {
    private String id;
    private String name;
    private Integer age;

    public Person() {
    }

    public Person(String id, String name, Integer age) {
        this.id = id;
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getId() {
        return id;
    }

    public void setId(String id) {
        this.id = id;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public Integer getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(Integer age) {
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Person [name=" + name + ", age=" + age + "]";
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        final int prime = 31;
        int result = 1;
        result = prime * result + ((id == null) ? 0 : id.hashCode());
        return result;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (this == obj)
            return true;
        if (obj == null)
            return false;
        if (getClass() != obj.getClass())
            return false;
        Person other = (Person) obj;
        if (id == null) {
            if (other.id != null)
                return false;
        } else if (!id.equals(other.id))
            return false;
        return true;
    }
}

SortPerson类：
public class SortPerson implements Comparator<Person> {

    public int compare(Person o1, Person o2) {
        return o1.getAge() > o2.getAge() ? 1 : o1.getAge() == o2.getAge() ? 0 : -1;
    }

}

测试：

public class TestPerson {
    public static void main(String[] args) {
        Map<Person, Integer> personHashMap = new HashMap<Person, Integer>();
        Person person1 = new Person("1", "Jay", 30);
        Person person2 = new Person("2", "Jolin", 21);
        Person person3 = new Person("3", "Jack Cheng", 22);
        Person person4 = new Person("4", "Bruce Lee", 22);
        personHashMap.put(person1, 100);
        personHashMap.put(person2, 200);
        personHashMap.put(person3, 300);
        personHashMap.put(person4, 400);
        
        System.out.println(personHashMap);
        
        Map<Person, Integer>  personTreeMap = new TreeMap<Person, Integer>(new SortPerson());
        personTreeMap.put(person1, 100);
        personTreeMap.put(person2, 200);
        personTreeMap.put(person3, 300);
        personTreeMap.put(person4, 400);
        
        System.out.println(personTreeMap);
        
        List<Person> personList = new ArrayList<Person>();
        
        personList.add(person1);
        personList.add(person2);
        personList.add(person3);
        personList.add(person4);
        
        System.out.println(personList);
        
        Collections.sort(personList, new SortPerson());
        
        System.out.println(personList);
        
    }
}

结果：

{Person [name=Jolin, age=21]=200, Person [name=Jay, age=30]=100, Person [name=Bruce Lee, age=22]=400, Person [name=Jack Cheng, age=22]=300}
{Person [name=Jolin, age=21]=200, Person [name=Jack Cheng, age=22]=400, Person [name=Jay, age=30]=100}
[Person [name=Jay, age=30], Person [name=Jolin, age=21], Person [name=Jack Cheng, age=22], Person [name=Bruce Lee, age=22]]
[Person [name=Jolin, age=21], Person [name=Jack Cheng, age=22], Person [name=Bruce Lee, age=22], Person [name=Jay, age=30]]

很明显：结果与之前的将算法实现在Person类里面的结果一致的。

写的太多了，就不从JDK源码的角度来看问题了，如果有兴趣可以看看JDK源码，大致思路是才用红黑树来存数据，通过比较器的比较结果来判断当前需要保存的元素位于什么地方，还是那句话，既然底层用到了比较排序，那么性能肯定是比较差的，可以说是牺牲性能来做到排序功能，这个很容易理解，因为Java里面或者说计算机语言里面都是这个思路，要获得某种特定的能力，必然是需要牺牲性能，当然有时候为了获得良好的性能，那就必须要牺牲内存或者硬盘空间。比如HashMap为了获得非常强大的根据key来读取数据的性能，采用hash算法来牺牲一定的内存空间，再比如，数据库里面为了获得查询性能，给某些列添加索引，牺牲硬盘存储空间来达到效果，当然像数据库的为了获得查询和统计等性能为某些列添加聚簇索引，这种对硬盘空间的牺牲那是相当的惊人。索引占用空间比表里面的数据还大，但是获得的性能也是非常优秀的，所以，从某种意义上说，为了获取某种特性来牺牲另外一些资源那也是值得的。