深入浅出讲解Java集合之Map接口

2024-04-02 19:04:59 227人浏览八月长安

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摘要

目录一、Map接口继承树二、Map接口中的常用方法三、源码分析1.HashMap的底层实现原理？2.LinkedHashMap的底层实现原理(了解)四、Collections工具类一

一、Map接口继承树

Map:双列数据，存储key-value对的数据 ---类似于高中的函数：y = f(x)
A.HashMap:作为Map的主要实现类；线程不安全的，效率高；存储null的key和value
a.LinkedHashMap:保证在遍历map元素时，可以按照添加的顺序实现遍历。
原因：在原有的HashMap底层结构基础上，添加了一对指针，指向前一个和后一个元素。
对于频繁的遍历操作，此类执行效率高于HashMap.
B.TreeMap:保证按照添加的key-value对进行排序，实现排序遍历。此时考虑key的自然排序或定制排序
底层使用红黑树
C.Hashtable:作为古老的实现类：线程安全的，效率低；不能存储null的key和value
c.Properties:常用来处理配置文件。key和value都是String类型

HashMap的底层：数组 + 链表(jdk及之前)
数组 + 链表 + 红黑树(jdk 8)

Map结构的理解：
> Map中的key:无序的、不可重复的，使用Set存储所有的key --->key所在的类要重写equals()和hashCode()(以HashMap为例)
> Map中的value:无序的、可重复的，使用Collection存储所有的value --->value所在的类型要重写equals()
> 一个键值对：key-value构成了一个Entry对象。
> Map中的entry:无序的、不可重复的，使用Set存储所有的entry

二、Map接口中的常用方法



    public void test1(){
        HashMap map = new HashMap();
        //添加
        map.put("AA",123);
        map.put(45,123);
        map.put("BB",56);
        //修改
        map.put("AA",87);
        System.out.println(map);//{AA=87, BB=56, 45=123}
        HashMap map1 = new HashMap();
        map.put("CC",123);
        map.put("DD",123);
        map.putAll(map1);
        System.out.println(map);//{AA=87, BB=56, CC=123, DD=123, 45=123}
        //remove(Object key)
        Object value = map.remove("CC");
        System.out.println(value);//123
        System.out.println(map);//{AA=87, BB=56, DD=123, 45=123}
        //clear()
        map.clear();//与map = null操作不同；map对象还在，只是里面的数据没了
        System.out.println(map.size());//0
        System.out.println(map);//{}
    }


 
    public void test2(){
        HashMap map = new HashMap();
        map.put("AA",123);
        map.put(45,123);
        map.put("BB",56);
        //Object get(Object key)
        System.out.println(map.get(45));//123
        //containsKey(Object key)
        boolean isExit = map.containsKey("BB");
        System.out.println(isExit);//true
        isExit = map.containsValue(123);
        System.out.println(isExit);//true
        map.clear();
        System.out.println(map.isEmpty());//true
    }



    public void test3(){
        HashMap map = new HashMap();
        map.put("AA",123);
        map.put(45,123);
        map.put("BB",56);
        //遍历所有的key集：keySet()
        Set set = map.keySet();
        Iterator iterator = set.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            System.out.println(iterator.next());//AA BB 45
        }
        System.out.println();
        //遍历所有的value集：value()
        Collection values = map.values();
        for(Object obj : values){
            System.out.println(obj);// 123 56 123
        }
        System.out.println();
        //遍历所有的key-value
        //方式一：entrySet()
        Set entrySet = map.entrySet();
        Iterator iterator1 = entrySet.iterator();
        while(iterator1.hasNext()){
            Object obj = iterator1.next();
            //entrySet集合中的元素都是entry
            Map.Entry entry = (Map.Entry)obj;
            System.out.println(entry.geTKEy() + "---->" + entry.getValue());
            //AA---->123
            //BB---->56
            //45---->123
        }
        System.out.println();
        //方式二：
        Set keySet = map.keySet();
        Iterator iterator2 = keySet.iterator();
        while(iterator2.hasNext()){
            Object key = iterator2.next();
            Object value = map.get(key);
            System.out.println(key + "======" + value);
            //AA======123
            //BB======56
            //45======123
        }
    }

总结：常用方法
添加：put(Object key,Object value)
删除：remove(Object key)
修改：put(Object key,Object value)
查询：get(Object key)
长度：size()
遍历：keySet() / values() / entrySet()

三、源码分析

1.HashMap的底层实现原理？

以jdk7为例说明：

HashMap map = new HashMap():
在实例化以后，底层创建了长度是16的一维数组Entry[] table.
...可能已经执行过多次put...
map.put(key1,value1):
首先，调用key1所在类的hashCode()计算key1哈希值，此哈希值经过某种算法计算以后，得到在Entry数组中的存放位置。
如果此位置上的数据为空，此时的key1-value1添加成功。----情况1
如果此位置上的数据不为空,(意味着此位置上存在一个或多个数据(以链表形式存在)),比较key1和已经存在的一个或多个数据
的哈希值：
如果key1的哈希值与已经存在的数据的哈希值都不相同，此时key-value1添加成功。----情况2
如果key1的哈希值和已经存在的某一个数据(key-value2)的哈希值相同，继续比较：调用key1所在类的equals(key2)方法
如果equals()返回false:此时key1-value1添加成功。----情况3
如果equals()返回true:使用value1替换value2.(修改作用的体现)
补充：关于情况2和情况3:此时key1-value1和原来的数据以链表的方式存储。
在不断地添加过程中，会涉及到扩容问题，当超出临界值(且要存放的位置非空)时，扩容。默认的扩容方式：扩容为原来容量的两倍，并将原有的数据复制过来。

jdk8相较于jdk7在底层实现方面的不同：
1.new HashMap():底层没有创建一个长度为16的数组
2.jdk 8底层的数组是：node[],而非Entry[]
3.首次调用put()方法时，底层创建长度为16的数组
4.jdk7底层结构只有：数组 + 链表。jdk8中底层结构：数组 + 链表 + 红黑树。

5. 形成链表时，七上八下(jdk7:新的元素指向旧的元素；jdk8:旧的元素指向新的元素)
当数组的某一个索引位置上的元素以链表形式存在的数据个数 > 8 且当前数组的长度 > 64时。
此时此索引位置上的所有数据改为使用红黑树存储。(重要优化：提高查找效率)

DEFAULT_INITIAL_CAPACITY:HashMap的默认容量，16
DEFAULT_LOAD_FACTOR:HashMap的默认加载因子：0.75
threshold:扩容的临界值，=容量*填充因子：16*0.75 =>12
TREEIFY_THRESHOLD:Bucket中链表长度大于该默认值，转化为红黑树：8
MIN_TREEIFY_CAPACITY:桶中的Node被树化时最小的hash表容量:64

2.LinkedHashMap的底层实现原理(了解)

LinkedHashMap的底层使用的结构与HashMap相同，因为LinkedHashMap继承于HashMap,区别就在于：LinkedHashMap内部提供了Entry,替换HashMap中的Node.


源码中：
      static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V>{
          Entry<K,V> before,after;//能够记录添加的元素的先后顺序
          Entry(int hash, K key, V value,Node<K,V> next){
          super(hash, key, value, next);
          }
      }

TreeMap


 //向TreeMap中添加key-value,要求key必须是有同一个类创建的对象
    //因为要按照key进行排序：自然排序、定制排序
    @Test
    public void test1() {
        TreeMap map = new TreeMap();
        User u1 = new User("Tom", 23);
        User u2 = new User("Jerry", 32);
        User u3 = new User("Jack", 20);
        User u4 = new User("Rose", 18);
        map.put(u1, 98);
        map.put(u2, 89);
        map.put(u3, 76);
        map.put(u4, 100);
        Set entrySet = map.entrySet();
        Iterator iterator1 = entrySet.iterator();
        while (iterator1.hasNext()) {
            Object obj = iterator1.next();
            //entrySet集合中的元素都是entry
            Map.Entry entry = (Map.Entry) obj;
            System.out.println(entry.getKey() + "---->" + entry.getValue());
            //User{name='Jack', age=20}---->76
            //User{name='Jerry', age=32}---->89
            //User{name='Rose', age=18}---->100
            //User{name='Tom', age=23}---->98
        }
    }

Hashtable

> Hashtable 是个古老的 Map 实现类,JDK1.0就提供了。不同于 HashMap , Hashtable 是线程安全的。
> Hashtable 实现原理和 HashMap 相同,功能相同。底层都使用哈希表结构,查询速度快,很多情况下可以互用。
> 与 HashMap 不同, Hashtable 不允许使用 null 作为 key 和 value
> 与 HashMap -样, Hashtable 也不能保证其中 Key - Value 对的顺序
> Hashtable 判断两个 key 相等、两个 value 相等的标准,与 HashMap 一致。

四、Collections工具类

常用方法及其测试


public void test1(){
        ArrayList list = new ArrayList();
        list.add(123);
        list.add(43);
        list.add(765);
        list.add(765);
        list.add(765);
        list.add(-97);
        list.add(0);
        System.out.println(list);
//        Collections.reverse(list);
//        Collections.shuffle(list);
//        Collections.swap(list,1,2);
        int frequency = Collections.frequency(list, 765);
        System.out.println(list);
        System.out.println(frequency);
        
        List list1 = Collections.synchronizedList(list);
    }


public void test2(){
        List list = new ArrayList();
        list.add(123);
        list.add(43);
        list.add(765);
        list.add(-97);
        list.add(0);
        //报异常:IndexOutOfBoundsException
//        List dest = new ArrayList();
//        Collections.copy(dest,list);
        //正确的：
        List  dest = Arrays.asList(new Object[list.size()]);
        System.out.println(dest.size());
        Collections.copy(dest,list);//5
        System.out.println(dest);//[123, 43, 765, -97, 0]
    }