Map集和

Map<K,V>

java.util 包下

特点

  1. Map与Collection并列存在。用于保存具有映射关系的数据:key-value
  2. Map 中的 key 和 value 都可以是任何引用类型的数据
  3. Map 中的 key 用Set来存放，不允许重复，即同一个Map 对象所对应的类，须重写hashCode()和equals()方法
  4. 常用String类作为Map的“键”
  5. key 和 value 之间存在单向一对一关系，即通过指定的key 总能找到唯一的、确定的 value
  6. Map接口的常用实现类：HashMap、TreeMap、LinkedHashMap和Properties。其中，HashMap是 Map 接口使用频率最高的实现类

继承树

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常用方法

添加修改删除操作
	Object put(Object key,Object value)：将指定key-value添加到(或修改)当前map对象中
	void putAll(Map m):将m中的所有key-value对存放到当前map中
	Object remove(Object key)：移除指定key的key-value对，并返回value
	void clear()：清空当前map中的所有数据
	default V replace​(K key, V value) 只有当目标映射到某个值时，才能替换指定键的条目。 
元素查询操作
	Object get(Object key)：获取指定key对应的value
	boolean containsKey(Object key)：是否包含指定的key
	boolean containsValue(Object value)：是否包含指定的value
	int size()：返回map中key-value对的个数
	boolean isEmpty()：判断当前map是否为空
	boolean equals(Object obj)：判断当前map和参数对象obj是否相等
	int size​() 返回此地图中键值映射的数量。  
元素视图操作方法
	Set keySet()：返回所有key构成的Set集合
	Collection values()：返回所有value构成的Collection集合
	Set entrySet()：返回所有key-value对构成的Set集合

Map的结构理解

  1. 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）
  2. Map中的value:无序的、可重复的，使用Collection存储所有的value
    --->value所在的类要重写equals()
  3. 一个键值对：key-value构成了一个Entry对象。
  4. Map中的entry:无序的、不可重复的，使用Set存储所有的entry

entrySet

  • Map的内部类
  • Map.entrySet方法返回地图的集合视图，其元素属于此类。 获取对映射条目的引用的唯一方法是从该集合视图的迭代器。 这些Map.Entry对象仅在迭代期间有效; 更正式地，如果在迭代器返回条目之后修改了后备映射，则映射条目的行为是未定义的，除了通过映射条目上的setValue操作

方法

static <K,V> Comparator<Map.Entry<K,V>> comparingByKey​(Comparator<? super K> cmp) 返回一个比较器，比较Map.Entry按键使用给定的Comparator 。
boolean equals​(Object o) 将指定的对象与此条目进行比较以获得相等性。  
K getKey​() 返回与此条目相对应的键。  
V getValue​() 返回与此条目相对应的值。   
V setValue​(V value) 用指定的值替换与该条目相对应的值（可选操作）。

HashMap

java.util 包下

特点

  1. HashMap是 Map 接口使用频率最高的实现类。
  2. 允许使用null键和null值，与HashSet一样，不保证映射的顺序。
  3. 所有的key构成的集合是Set:无序的、不可重复的。所以，key所在的类要重写：equals()和hashCode()
  4. 所有的value构成的集合是Collection:无序的、可以重复的。所以，value所在的类要重写：equals()
  5. 一个key-value构成一个entry
  6. 所有的entry构成的集合是Set:无序的、不可重复的
  7. HashMap 判断两个 key 相等的标准是：两个 key 通过 equals() 方法返回 true， hashCode 值也相等。
  8. HashMap 判断两个 value相等的标准是：两个 value 通过 equals() 方法返回 true。
  9. 线程不安全

HashMap的添加元素原理

  1. 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...
  2. 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。
  3. 如果此位置上的数据为空，此时的key1-value1添加成功。 ----情况1
  4. 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：
  5. 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key1-value1添加成功。----情况2
  6. 如果key1的哈希值和已经存在的某一个数据(key2-value2)的哈希值相同，继续比较：调用key1所在类的equals(key2)方法，比较：如果equals()返回false:此时key1-value1添加成功。----情况3
  7. 如果equals()返回true:使用value1替换value2。

tips
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。
在不断的添加过程中，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2倍，并将原有的数据复制过来。

HashMap 的重要常量

  • DEFAULT_INITIAL_CAPACITY : HashMap的默认容量，16
  • MAXIMUM_CAPACITY ： HashMap的最大支持容量，2^30
  • DEFAULT_LOAD_FACTOR：HashMap的默认加载因子
  • TREEIFY_THRESHOLD：Bucket中链表长度大于该默认值，转化为红黑树
  • UNTREEIFY_THRESHOLD：Bucket中红黑树存储的Node小于该默认值，转化为链表
  • MIN_TREEIFY_CAPACITY：桶中的Node被树化时最小的hash表容量。（当桶中Node的数量大到需要变红黑树时，若hash表容量小于- - - - MIN_TREEIFY_CAPACITY时，此时应执行resize扩容操作这个- MIN_TREEIFY_CAPACITY的值至少是TREEIFY_THRESHOLD的4倍。）
  • table：存储元素的数组，总是2的n次幂
  • entrySet：存储具体元素的集
  • size：HashMap中存储的键值对的数量
  • modCount：HashMap扩容和结构改变的次数。
  • threshold：扩容的临界值，=容量*填充因子
  • loadFactor：填充因子

存储结构

  • JDK 7及以前版本：HashMap是数组+链表结构(即为链地址法)
  • JDK 8版本发布以后：HashMap是数组+链表+红黑树实现。
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jdk1.8

  1. HashMap的内部存储结构其实是数组+链表+树的结合。当实例化一个HashMap时，会初始化initialCapacity和loadFactor，在put第一对映射关系时，系统会创建一个长度为initialCapacity的Node数组，这个长度在哈希表中被称为容量(Capacity)，在这个数组中可以存放元素的位置我们称之为 “桶”(bucket)，每个bucket都有自己的索引，系统可以根据索引快速的查找bucket中的元素。
  2. 每个bucket中存储一个元素，即一个Node对象，但每一个Node对象可以带一个引用变量next，用于指向下一个元素，因此，在一个桶中，就有可能生成一个Node链。也可能是一个一个TreeNode对象，每一个TreeNode对象可以有两个叶子结点left和right，因此，在一个桶中，就有可能生成一个TreeNode树。而新添加的元素作为链表的last，或树的叶子结点。
  3. 那么HashMap什么时候进行扩容和树形化呢?
    • 当HashMap中的元素个数超过数组大小(数组总大小length,不是数组中个数size)loadFactor 时 ， 就会进行数组扩容， loadFactor 的默认 值(DEFAULT_LOAD_FACTOR)为0.75，这是一个折中的取值。也就是说，默认情况下，数组大小(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)为16，那么当HashMap中元素个数超过160.75=12（这个值就是代码中的threshold值，也叫做临界值）的时候，就把数组的大小扩展为 2*16=32，即扩大一倍，然后重新计算每个元素在数组中的位置，而这是一个非常消耗性能的操作，所以如果我们已经预知HashMap中元素的个数，那么预设元素的个数能够有效的提高HashMap的性能。
    • 当HashMap中的其中一个链的对象个数如果达到了8个，此时如果capacity没有达到64，那么HashMap会先扩容解决，如果已经达到了64，那么这个链会变成树，结点类型由Node变成TreeNode类型。当然，如果当映射关系被移除后，下次resize方法时判断树的结点个数低于6个，也会把树再转为链表。
  4. 关于映射关系的key是否可以修改？answer：不要修改
    • 映射关系存储到HashMap中会存储key的hash值，这样就不用在每次查找时重新计算每一个Entry或Node（TreeNode）的hash值了，因此如果已经put到Map中的映射关系，再修改key的属性，而这个属性又参与hashcode值的计算，那么会导致匹配不上

总结

JDK1.8相较于之前的变化：

  1. HashMap map = new HashMap();//默认情况下，先不创建长度为16的数组
  2. 当首次调用map.put()时，再创建长度为16的数组
  3. 数组为Node类型，在jdk7中称为Entry类型
  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. 形成链表结构时，新添加的key-value对在链表的尾部（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）
  6. 当数组的某一个索引位置的链表长度>8时，且map中的数组的长度> 64时，此索引位置上的所有key-value对使用红黑树进行存储。

面试题

  • 面试题：负载因子值的大小，对HashMap有什么影响
    • 负载因子的大小决定了HashMap的数据密度。
    • 负载因子越大密度越大，发生碰撞的几率越高，数组中的链表越容易长,造成查询或插入时的比较次数增多，性能会下降。
    • 负载因子越小，就越容易触发扩容，数据密度也越小，意味着发生碰撞的几率越小，数组中的链表也就越短，查询和插入时比较的次数也越小，性能会更高。但是会浪费一定的内容空间。而且经常扩容也会影响性能，建议初始化预设大一点的空间。
    • 按照其他语言的参考及研究经验，会考虑将负载因子设置为0.7~0.75，此时平均检索长度接近于常数。

HashMap存储自定义类型键值

  • 当给HashMap存储自定义对象时，如果自定义对象作为key存在，这是要保证对象的唯一性，必须重写对象的hashCode和equals方法
  • 如果要保证map中存储元素的顺序。主要体现在key值上，可以使用 java.util.LinkedHashMap集合来存放

LinkedHashMap

java.util 包下

  • 描述
  • HashMap保证对元素的唯一，并且查询速度相对比较快，但是对成对元素存放进去无法保证顺序，既要保证有序，又要保证速度就使用它。
  • java.util.LinkedHashMap<K,V> extends HashMap<K,V>
  • 在HashMap存储结构的基础上，使用了一对双向链表来记录添加元素的顺序
  • 与LinkedHashSet类似，LinkedHashMap 可以维护 Map 的迭代顺序：迭代顺序与 Key-Value 对的插入顺序一致
  • 线程不安全

HashMap 和 LinkedMap的内部类

  • HashMap
    static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
		final int hash;
		final K key;
		V value;
		Node<K,V> next;
}
  • LinkedHashMap
    static class Entry<K, V> extends HashMap.Node<K, V> {
	LinkedHashMap.Entry<K, V> before, after;
	Entry(int hash, K key, V value, HashMap.Node<K, V> next) {
		super(hash, key, value, next);
	}
}

TreeMap

java.util

描述

  1. TreeMap存储 Key-Value 对时，需要根据 key-value 对进行排序。 TreeMap 可以保证所有的 Key-Value 对处于有有序状态。
  2. TreeSet底层使用红黑树结构存储数据
  3. TreeMap 的 Key 的排序：
    • 自然排序：TreeMap 的所有的 Key 必须实现 Comparable 接口，而且所有的 Key 应该是同一个类的对象，否则将会抛出 ClasssCastException
    • 定制排序：创建 TreeMap 时，传入一个 Comparator 对象，该对象负责对TreeMap 中的所有 key 进行排序。此时不需要 Map 的 Key 实现Comparable 接口
  4. TreeMap判断两个key相等的标准：两个key通过compareTo()方法或者compare()方法返回0。
  5. 线程不安全

HashTable

java.util

描述

  • Hashtable<K,V> extends Dictionary<K,V> implements Map<K,V> ...
  • 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。
  • 默认容量11,如果加载因子大于 0.75则扩容原来的数组的2倍加1

    // 新数组的容量=旧数组长度2+1
    int newCapacity = (oldCapacity << 1) + 1;

  • 与HashMap不同，Hashtable 不允许使用 null 作为 key 和 value
  • 与HashMap一样，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。
  • (了解) Hashtable和 Vector集合一样，在jdk1.2版本后被更先进的集合(HashMap，ArrayList)取代了 Hashtable有一个子类 Properties依然活跃在历史的舞台上, Properties集合是一个唯一一个和IO流相结合的集合

方法

boolean contains(Object value) 测试此映射表中是否存在与指定值关联的键。
boolean containsKey(Object key) 测试指定对象是否为此哈希表中的键。
boolean containsValue(Object value) 如果此 Hashtable 将一个或多个键映射到此值，则返回 true。

HashMap于Hashtable的区别

  1. 继承的父类不同
    • HashMap继承 AbstractMap类.
    • Hashtable继承 Dictionary类，Dictionary是一个废弃的类. 但二者都实现了Map接口。
  2. HashMap线程不安全,HashTable线程安全
  3. 包含的contains方法不同
    • HashMap没有contains方法，而包括containsValue和containsKey方法
    • Hashtable则保留了contains方法，效果同containsValue，好包括containsValue和conatinsKey方法。
  4. 是否允许null值
    • HashMap；集合可以存储null key值，null value值
    • Hashtable集合；不可以存储null值，null键，否则报空指针
  5. 计算hash值方式不同
    • HashTable直接使用对象的hashCode。
    • 而HashMap重新计算hash值。
  6. 扩容方式不同
    • HashMap 哈希扩容必须要求为原容量的2倍，而且一定是2的幂次倍扩容结果，而且每次扩容时，原来数组中的元素依次重新计算存放位置，并重新插入；
    • Hashtable扩容为原容量2倍加1；
  7. 存储方式
    • HashMap：
      jdk7底层结构只：数组+链表。jdk8中底层结构：数组+链表+红黑树。
      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数据改为使用红黑树存储。
    • HashTable中， 都是以链表方式存储。
  8. 遍历方式不同
    • Hashtable，HashMap都是用了iterator，由于历史原因，Hashtable还是用Enumeration方式。
  9. 底层数据结构
    • Hashtable；底层是以哈希表，是一个线程安全的集合，是单线程的集合，查询速度慢
    • HashMap；底层是哈希表，是一个线程不安全的集合，是多线程的集合，查询速度快

Properties

java.util

描述

  • Properties 类是 Hashtable 的子类，该对象用于处理属性文件
  • Xxx.properties 为Java 语言常见的配置文件，如数据库的配置 jdbc.properties
  • 由于属性文件里的 key、value 都是字符串类型，所以 Properties 里的 key和 value 都是字符串类型
  • 存取数据时，建议使用setProperty(String key,String value)方法和getProperty(String key)方法

方法

Object setProperty​(String key, String value) 调用 Hashtable方法 put 。 
Object get​(Object key) 返回指定键映射到的值，如果此映射不包含键的映射，则返回 null 。 
void load​(InputStream inStream) 从输入字节流读取属性列表（键和元素对）。
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