集合详解—Map集合
Map接口
- 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
- 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 valueMap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接口的常用方法:
方法 | 描述 |
---|---|
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 |
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 |
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
HashMap源码中重要的常量
**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 0.75
TREEIFY_THRESHOLD:Bucket中链表长度大于该默认值,转化为红黑树 8
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。)64
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 16 * 0.75 = 12
loadFactor:填充因子
JDK1.8之前源码解析
HashMap中的内部类:Node
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {final int hash;final K key;V value;Node<K,V> next;Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {this.hash = hash;this.key = key;this.value = value;this.next = next;}...
}
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16 * 0.75=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之后源码解析
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 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16 * 0.75=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。
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:
- HashMap map = new HashMap();//默认情况下,先不创建长度为16的数组
- 当首次调用map.put()时,再创建长度为16的数组
- 数组为Node类型,在jdk7中称为Entry类型
- 形成链表结构时,新添加的key-value对在链表的尾部(七上八下)
- 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。
jdk8 相较于jdk7在底层实现方面的不同:
- new HashMap():底层没有创建一个长度为16的数组
- jdk 8底层的数组是:Node[],而非Entry[]
- 首次调用put()方法时,底层创建长度为16的数组
- jdk7底层结构只有: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。
面试题:
谈谈你对HashMap中put/get方法的认识?如果了解再谈谈HashMap的扩容机制?默认大小是多少?什么是负载因子(或填充比)?什么是吞吐临界值(或阈值、threshold)?
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。
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
LinkedHashMap中的内部类:Entry
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);}
}
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
Properties pros = new Properties();
pros.load(new FileInputStream("jdbc.properties"));
String user = pros.getProperty("user");
System.out.println(user);
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