Java Map接口详解

Map接口

Map接口概述

Map与Collection并列存在。用于保存具有映射关系的数据:key-value
Map 中的 key 和 value 都可以是任何引用类型的数据
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
常用String类作为Map的“键”
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
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

Map接口常用方法

添加、删除、修改操作：

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
元素查询的操作：
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
元视图操作的方法：
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

package BaiYSExer4;import org.junit.Test;import java.util.*;/*** @author Baiysmart* @create 2020-03-25 13:40** Map中定义的方法：*  添加、删除、修改操作：  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*  元素查询的操作：*  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*  元视图操作的方法：*  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*/
public class MapTest {/* 添加、删除、修改操作： 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*/@Testpublic void test1(){Map map = new HashMap();//添加map.put("AA",123);map.put("BB",56);map.put("CC",87);//修改map.put("AA",3);System.out.println(map);System.out.println("***********************");Map map1 = new HashMap();map1.put("DD",88);map1.put("EE",28);map1.put("MM",88);map.putAll(map1);System.out.println(map);System.out.println("****************");//remove(Object key)Object value = map.remove("MM");System.out.println(value);System.out.println(map);//clear();System.out.println("*****************");map.clear();System.out.println(map);//{}System.out.println(map.size());//0}/* 元素查询的操作：*  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*/@Testpublic void test2(){Map map = new HashMap();//添加map.put("AA",123);map.put("BB",56);map.put("CC",87);map.put(333,999);//Object get(object key)System.out.println(map.get(333));boolean aa = map.containsKey("AA");System.out.println(aa);boolean b = map.containsValue(999);System.out.println(b);System.out.println(map.size());boolean empty = map.isEmpty();System.out.println(empty);map.clear();boolean empty1 = map.isEmpty();System.out.println(empty1);}/* 元视图操作的方法：*  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*/@Testpublic void test3(){Map map = new HashMap();//添加map.put("AA",123);map.put("BB",56);map.put("CC",87);map.put(333,999);//遍历所有的key：keySet()Set set = map.keySet();Iterator iterator = set.iterator();while (iterator.hasNext()){System.out.println(iterator.next());}System.out.println("*******************");//遍历所有的value：values()Collection values = map.values();//增强for循环for (Object object :values){System.out.println(object);}System.out.println("*********************");//遍历所有的key-value：entrySet()//方式一Set set1 = map.entrySet();Iterator iterator1 = set1.iterator();while (iterator1.hasNext()){System.out.println(iterator1.next());}//方式二Set set2 = map.keySet();Iterator iterator2 = set2.iterator();while (iterator2.hasNext()){Object key = iterator2.next();Object value = map.get(key);System.out.println(key+"--->"+value);}}
}

Map实现类之一：HashMap

HashMap是 Map 接口使用频率最高的实现类。
允许使用null键和null值，与HashSet一样，不保证映射的顺序。
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()
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()
一个key-value构成一个entry
所有的entry构成的集合是Set:无序的、不可重复的
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。
HashMap 判断两个 value相等的标准是：两个 value 通过 equals() 方法返回 true。

HashMap的存储结构

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。

JDK1.8之前

HashMap的内部存储结构其实是数组和链表的结合。当实例化一个HashMap时，系统会创建一个长度为Capacity的Entry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。
每个bucket中存储一个元素，即一个Entry对象，但每一个Entry对象可以带一个引用变量，用于指向下一个元素，因此，在一个桶中，就有可能生成一个Entry链。而且新添加的元素作为链表的head。
添加元素的过程：
向HashMap中添加entry1(key，value)，需要首先计算entry1中key的哈希值(根据key所在类的hashCode()计算得到)，此哈希值经过处理以后，得到在底层Entry[]数组中要存储的位置i。如果位置i上没有元素，则entry1直接添加成功。如果位置i上已经存在entry2(或还有链表存在的entry3，entry4)，则需要通过循环的方法，依次比较entry1中key和其他的entry。如果彼此hash值不同，则直接添加成功。如果hash值不同，继续比较二者是否equals。如果返回值为true，则使用entry1的value去替换equals为true的entry的value。如果遍历一遍以后，发现所有的equals返回都为false,则entry1仍可添加成功。entry1指向原有的entry元素。
HashMap的扩容
当HashMap中的元素越来越多的时候，hash冲突的几率也就越来越高，因为数组的长度是固定的。所以为了提高查询的效率，就要对HashMap的数组进行扩容，而在HashMap数组扩容之后，最消耗性能的点就出现了：原数组中的数据必须重新计算其在新数组中的位置，并放进去，这就是resize。
那么HashMap什么时候进行扩容呢？
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。

JDK1.8

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。
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。
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 (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(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。

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 形成链表结构时，新添加的key-value对在链表的尾部（七上八下）
5 当数组指定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。

HashMap源码中的重要常量

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

Map实现类之二：LinkedHashMap

LinkedHashMap 是 HashMap 的子类
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

Map实现类之三：TreeMap

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 对处于有序状态。
TreeSet底层使用红黑树结构存储数据
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
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。

Map实现类之四：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。

Map实现类之五：Properties

Properties 类是 Hashtable 的子类，该对象用于处理属性文件
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

package BaiYSExer4;import java.io.FileInputStream;
import java.util.Properties;/*** @author Baiysmart* @create 2020-03-25 15:31*/
//Properties:常用来处理配置文件
public class PropertiesTest {public static void main(String[] args) throws Exception {Properties properties = new Properties();FileInputStream fis = new FileInputStream("jdbc.properties");properties.load(fis);//加载流对应的文件String name = properties.getProperty("name");String password = properties.getProperty("password");System.out.println(name+"--->"+password);}
}