Java集合Collection之实现原理解读(Map)

一、简介

除了List,平时在项目中用的比较多的还有Map,Map是存放键值对的数据结构，键不允许重复，如果键重复会覆盖之前的值。比较常用到的有: HashMap和HashTable。本文将会模仿Map的源码实现两个自定义的Map（一个是没有用hashcode的效率低的版本，一个是用hashcode优化版），只是帮助理解Map底层实现原理，实际项目中没有必要去自定义Map。

二、实现原理

Map是存放键值对的数据结构，键不允许重复，如果新增的时候已经存放相同键的元素，那么会覆盖之前相同键的值。Map底层是通过操作Entry[]数组来实现的，Entry里面主要就是存放我们的键值对。

三、自定义Map(效率低，没有使用hashcode)

Entry类：存放键值对的对象

public class CustomEntry {/*** 键*/private Object key;/*** 值*/private Object value;public CustomEntry() {}public CustomEntry(Object key, Object value) {this.key = key;this.value = value;}public Object getKey() {return key;}public void setKey(Object key) {this.key = key;}public Object getValue() {return value;}public void setValue(Object value) {this.value = value;}
}

package wsh.version1;/*** 自定义Map(版本一，效率较低，需要循环遍历找相同的key)** @author weishihuai* @date 2018/9/27 21:25* 说明:* 1. Map是存放键值对(key-value)的数据结构* 2. Map键值不允许重复，如果重复会覆盖之前的值* 3. 根据键值可以找到对应的值*/
public class CustomMap {private CustomEntry[] array = new CustomEntry[1000];private int size;/*** 往Map中新增元素* 原理: 新建Entry对象，往数组中添加元素即可** @param key   键* @param value 值*/public void put(Object key, Object value) {CustomEntry customEntry = new CustomEntry(key, value);//判断是否存在相同的键，如果有相同的直接覆盖之前的值，size不用改变。for (int i = 0; i < size; i++) {if (array[i].getKey().equals(key)) {array[i].setValue(value);return;}}array[size] = customEntry;size++;}/*** 根据键找到相应的值* 原理: 循环遍历entry数组中的key集合，找到返回键对应的值，未找到返回null** @param key 键* @return 键对应的值*/public Object get(Object key) {for (int i = 0; i < size; i++) {if (array[i].getKey().equals(key)) {return array[i].getValue();}}return null;}/*** 判断是否存放指定key的元素* 原理: 循环遍历所有的key集合，找到返回true，找不到返回false** @param key 键* @return 是否包含对应的键的元素*/public boolean containsKey(Object key) {for (int i = 0; i < size; i++) {if (array[i].getKey().equals(key)) {return true;}}return false;}/*** 判断是否包含指定值的元素* 原理: 循环遍历所有的value集合，找到返回true，找不到返回false** @param value 值* @return 是否包含指定值的元素*/public boolean containsValue(Object value) {for (int i = 0; i < size; i++) {if (array[i].getValue().equals(value)) {return true;}}return false;}/*** 返回Map中元素的个数** @return Map的元素个数*/public int size() {return size;}/*** 判断Map是否为空** @return map是否为空*/public boolean isEmpty() {return size == 0;}}

四、部分方法详解

【a】Entry类主要属性就是键值对

public class CustomEntry {/*** 键*/private Object key;/*** 值*/private Object value;
}

【b】 put(Object key, Object value) {} 往Map插入新的元素

1. 实现原理：通过传递的参数新建Entry对象，往数组中添加元素即可。

2. 注意需要判断是否存在相同的键，如果有相同的直接覆盖之前的值，size不用改变。

//判断是否存在相同的键，如果有相同的直接覆盖之前的值，size不用改变。for (int i = 0; i < size; i++) {if (array[i].getKey().equals(key)) {array[i].setValue(value);return;}}

这里是直接遍历整个数组查找是否有相同key的元素。

【c】get(Object key) {} 根据键取出对应的值

1. 实现原理：循环遍历Entry数组中的key集合，找到返回键对应的值，未找到返回null。

2. 注意查找是否有相同key采用的是equals方法。

【d】containsKey(Object key) {} 判断Map是否存放某个键

1. 实现原理：循环遍历所有的key集合，找到返回true，找不到返回false。

【e】containsValue(Object value) {} 判断是否包含指定值的元素

1. 实现原理：循环遍历所有的value集合，找到返回true，找不到返回false。

【f】isEmpty(){} 判断Map是否为空

1. 实现原理: return size == 0;

通过上面的代码可以看到，都是循环整个数组去遍历，如果数组过大，显然效率并不是很好，那么通过查看HashMap的源码可以看到，有一种优化方案，就是使用hashcode和equals()方法来优化，这样就不用整个数组遍历。

测试:

package wsh.version1;/*** 测试自定义Map** @author weishihuai* @date 2018/9/27 21:30*/
public class TestCustomMap {public static void main(String[] args) {CustomMap customMap = new CustomMap();/***********************************put(key,value)*************************************/customMap.put("aaa", "zhangsan");customMap.put("bbb", "lisi1");customMap.put("bbb", "lisi2");customMap.put("ccc", "wangwu");/*******************************get(key)***********************************************///zhangsanSystem.out.println(customMap.get("aaa"));/************************************size()********************************************///3System.out.println(customMap.size());/**********************************get(key)********************************************///lisi2System.out.println(customMap.get("bbb"));/*************************************containsKey(key)*********************************///trueSystem.out.println(customMap.containsKey("aaa"));//falseSystem.out.println(customMap.containsKey("123"));/************************************containsValue(value)******************************///trueSystem.out.println(customMap.containsValue("zhangsan"));//falseSystem.out.println(customMap.containsValue("123"));/************************************isEmpty()*****************************************///falseSystem.out.println(customMap.isEmpty());}}

五、HashMap简介

HashMap也是存放键值对的结构，HashMap底层是通过数组+链表的方式实现的，通过键的hashcode确定在数组的某个位置，如果多个hashcode相同，那么这些都会存放到数组里面对应的一条链表上，链表里面存放是我们的Entry对象，即键值对。画了个简图：

六、自定义HashMap(效率高，使用hashcode)

package wsh.version2;import java.util.LinkedList;/*** 自定义Map(通过hashcode/equals方法实现，效率高)** @author weishihuai* @date 2018/10/1 16:05* <p>* 说明:* Map底层结构是通过(数组 + 链表)实现,只是帮助理解一下Map大概实现原理，没必要自定义Map*/
public class CustomMap {private LinkedList[] array = new LinkedList[1000];private int size;/*** 往Map中插入键值对元素** @param key   键* @param value 值*/public void put(Object key, Object value) {CustomEntry customEntry = new CustomEntry(key, value);int hashCode = key.hashCode();//根据hashCode计算出在bucket[]数组中的位置int index = hashCode % 1000;if (null == array[index]) {//空链表LinkedList linkedList = new LinkedList();linkedList.add(customEntry);array[index] = linkedList;} else {//不是空链表，拿出链表进行遍历，如果键值相同，值会被覆盖LinkedList list = array[index];for (int i = 0; i < list.size(); i++) {CustomEntry customEntry2 = (CustomEntry) list.get(i);if (customEntry2.getKey().equals(key)) {//键值重复直接覆盖customEntry2.setValue(value);return;}}array[index].add(customEntry);}size++;}/*** 根据key找到对应的值** @param key 键* @return 值* <p>* 原理: 根据key的hashCode计算出位置，如果该位置对应的链表不为空，循环遍历链表，找到对应的key,返回对应的值。如果未找到则返回null*/public Object get(Object key) {int index = key.hashCode() % 1000;if (null != array[index]) {LinkedList list = array[index];for (int i = 0; i < list.size(); i++) {CustomEntry customEntry = (CustomEntry) list.get(i);if (customEntry.getKey().equals(key)) {return customEntry.getValue();}}}return null;}public int size() {return size;}
}

七、部分方法详解

【a】 put(Object key, Object value) {} 往HashMap中插入新的键值对

1. 实现原理：通过 key.hashCode()计算出hashcode, 然后根据某种规则算出一个索引值，这个索引对应在bucket[]数组中的位置

a. 如果索引对应元素是一个空链表，那么新建一个LinkedList，把键值对存放到链表中。

b. 如果索引对应元素不是一个空链表，那么直接通过数组【index】取出链表对象，遍历链表，如果键值相同，值会被覆盖，并将键值对加入到已有的链表中。

【b】get(Object key) {} 根据key找到对应的值

1. 实现原理: 根据key的hashCode计算出位置，如果该位置对应的链表不为空，循环遍历链表，找到对应的key,返回对应的值。如果未找到则返回null。

八、测试

package wsh.version2;/*** 测试自定义Map** @author weishihuai* @date 2018/10/01 16:30*/
public class TestCustomMap {public static void main(String[] args) {CustomMap customMap = new CustomMap();customMap.put("name", "zhangsan");customMap.put("name", "lisi");//lisiSystem.out.println(customMap.get("name"));//1System.out.println(customMap.size());}}

九、总结

以上通过两个示例以及一些常用方法的讲解，相信可以帮助大家理解一下HashMap底层大概实现的原理，这里只实现了部分方法，有些方法有些问题暂时没有考虑。本文是作者在学习HashMap底层实现原理的一些总结以及方法讲解，仅供大家学习参考，一起学习一起进步。