TreeMap 和 LinkedHashMap原理介绍

🌳 一、TreeMap

1. 用法

import java.util.*;public class DemoTreeMap {public static void main(String[] args) {TreeMap<Integer, String> map = new TreeMap<>();map.put(3, "C");map.put(1, "A");map.put(2, "B");System.out.println(map); // {1=A, 2=B, 3=C}// 获取最小、最大 keySystem.out.println("最小key: " + map.firstKey()); // 1System.out.println("最大key: " + map.lastKey());  // 3}
}

👉 特点：

• 自动排序（默认升序，基于 key）
• 不允许 key 为 null（因为要比较）
• 底层是 红黑树

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2. 原理图解

TreeMap 是一棵 红黑树，插入时会进行旋转和染色保证平衡。

例子：map.put(3,"C"), map.put(1,"A"), map.put(2,"B")

插入 3:          3(C)插入 1:        3(C)/1(A)插入 2:        2(B)/     \1(A)    3(C)

👉 插入后 TreeMap 会自动保持有序，最终是 {1=A, 2=B, 3=C}。

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🔗 二、LinkedHashMap

1. 用法

import java.util.*;public class DemoLinkedHashMap {public static void main(String[] args) {LinkedHashMap<Integer, String> map = new LinkedHashMap<>();map.put(3, "C");map.put(1, "A");map.put(2, "B");System.out.println(map); // {3=C, 1=A, 2=B}}
}

👉 特点：

• 保持 插入顺序
• 也可以配置为 访问顺序（常用于 LRU 缓存）

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2. 原理图解

LinkedHashMap = HashMap + 双向链表

例子：插入顺序 3 -> 1 -> 2

哈希表结构 (快速查找):3 -> "C"1 -> "A"2 -> "B"双向链表结构 (保持顺序):Head <-> 3("C") <-> 1("A") <-> 2("B") <-> Tail

👉 因为有链表，所以遍历时顺序稳定。

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📊 三、TreeMap vs LinkedHashMap 对比

特性	TreeMap	LinkedHashMap
底层结构	红黑树（平衡二叉树）	HashMap + 双向链表
key 是否有序	✅ 自动排序（按 key 大小）	✅ 插入顺序（或访问顺序）
查找效率	O(logN)	O(1) 平均
使用场景	需要排序，如排行榜、区间查询	保持插入顺序，如缓存、序列化

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🔗 一、LinkedHashMap 内部结构（顺序保证版的 HashMap）

1. 继承关系

public class LinkedHashMap<K,V>extends HashMap<K,V>implements Map<K,V>

👉 它完全基于 HashMap，只是在 Node 上增加了 before / after 两个指针，形成一个 双向链表，保证遍历时的顺序。

2. 内部节点结构

static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {Entry<K,V> before, after; // 前驱和后继
}

结构示意：

table 哈希桶:table[0] -> Entry1table[1] -> Entry2table[2] -> Entry3双向链表（插入顺序/访问顺序）:Head <-> Entry1 <-> Entry2 <-> Entry3 <-> Tail

3. 特点

默认维护 插入顺序。

通过 accessOrder = true 可维护 访问顺序（最经典场景是 LRU 缓存）。

查询效率和 HashMap 一样 O(1)，但是遍历时有序。

额外的内存消耗：链表指针。

🌳 二、TreeMap 内部结构（有序集合）

1. 底层实现

TreeMap 是基于 红黑树（自平衡二叉搜索树）。

所有键都会按 自然顺序（Comparable） 或者 自定义 Comparator 排序。

2. 节点结构

static final class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {K key;V value;Entry<K,V> left;Entry<K,V> right;Entry<K,V> parent;boolean color; // 红 / 黑
}

4. 树形结构示例

假设插入 50, 30, 70, 20, 40：50(黑)/     \30(红)     70(红)/   \
20(黑) 40(黑)

👉 红黑树保证了 平衡性，查找、插入、删除的复杂度都是 O(logN)。

4. 特点

有序性：天然支持按 key 排序。

区间查询：subMap, headMap, tailMap。

查找效率比 HashMap 差（O(logN) vs O(1)），但是有序特性是它的最大价值。

⚡ 三者对比：HashMap vs LinkedHashMap vs TreeMap

特性	HashMap	LinkedHashMap	TreeMap
底层结构	数组 + 链表 + 红黑树（冲突时树化）	HashMap + 双向链表	红黑树
Key 顺序	无序 插入顺序 / 访问顺序	排序	（升序 / 自定义 Comparator）
查询复杂度	O(1) 平均	O(1)平均	O(logN)
插入复杂度	O(1) 平均	O(1) 平均（多维护链表）	O(logN)
内存开销	少	较多（额外链表指针）	较多（红黑树节点结构）
典型场景	快速查找，不关心顺序	LRU 缓存、日志有序输出	排行榜、区间查询、排序集合

🎨 总结图示

TreeMap (红黑树):2/ \1   3LinkedHashMap (链表):Head <-> 3 <-> 1 <-> 2 <-> Tail

• 想要 排序 👉 用 TreeMap
• 想要 顺序一致 👉 用 LinkedHashMap
• 想要 最快的查找 👉 用 HashMap