Map,HashMap,TreeMap

1. Map
Map接口中，键和值一一映射，可以通过键来获取值。
在数组中我们是通过数组下标来对其内容索引的，而在Map中我们通过对象来对对象进行索引，用来索引的对象叫做key，其对应的对象叫做value。这就是我们平时说的键值对。

给定一个键和一个值，你可以将该值存储在一个Map对象. 之后，你可以通过键来访问对应的值。
当访问的值不存在的时候，方法就会抛出一个NoSuchElementException异常.
当对象的类型和Map里元素类型不兼容的时候，就会抛出一个 ClassCastException异常。
当在不允许使用Null对象的Map中使用Null对象，会抛出一个NullPointerException 异常。
当尝试修改一个只读的Map时，会抛出一个UnsupportedOperationException异常。

Map接口的方法

序号	方法描述
1	void clear( ) 从此映射中移除所有映射关系（可选操作）。
2	boolean containsKey(Object k) 如果此映射包含指定键的映射关系，则返回 true。
3	boolean containsValue(Object v) 如果此映射将一个或多个键映射到指定值，则返回 true。
4	Set entrySet( ) 返回此映射中包含的映射关系的 Set 视图。
5	boolean equals(Object obj) 比较指定的对象与此映射是否相等。
6	Object get(Object k) 返回指定键所映射的值；如果此映射不包含该键的映射关系，则返回 null。
7	int hashCode( ) 返回此映射的哈希码值。
8	boolean isEmpty( ) 如果此映射未包含键-值映射关系，则返回 true。
9	Set keySet( ) 返回此映射中包含的键的 Set 视图。
10	Object put(Object k, Object v) 将指定的值与此映射中的指定键关联（可选操作）。
11	void putAll(Map m) 从指定映射中将所有映射关系复制到此映射中（可选操作）。
12	Object remove(Object k) 如果存在一个键的映射关系，则将其从此映射中移除（可选操作）。
13	int size( ) 返回此映射中的键-值映射关系数。
14	Collection values( ) 返回此映射中包含的值的 Collection 视图。

下面的关于HashMap的原文地址：https://baijiahao.baidu.com/s?id=1618550070727689060&wfr=spider&for=pc
2. HashMap

HashMap是一个散列桶（数组和链表），它存储的内容是键值对(key-value)映射
最常用的Map,它根据键的HashCode 值存储数据,根据键可以直接获取它的值，
HashMap最多只允许一条记录的键为Null(多条会覆盖);允许多条记录的值为 Null；允许键和值同时为空。
因为HashMap是非同步(非synchronized)的，所以具有很快的访问速度。
HashMap采用了数组和链表的数据结构，能在查询和修改方便继承了数组的线性查找和链表的寻址修改
key的hash值是先计算key的hashcode值，然后再进行计算，每次容量扩容会重新计算所以key的hash值，会消耗资源，要求key必须重写equals和hashcode方法
默认初始容量16，加载因子0.75，扩容为旧容量乘2，查找元素快，如果key一样则比较value，如果value不一样，则按照链表结构存储value，就是一个key后面有多个value；

HashMap的工作原理
HashMap是基于hashing的原理，我们使用put(key, value)存储对象到HashMap中，使用get(key)从HashMap中获取对象。当我们给put()方法传递键和值时，我们先对键调用hashCode()方法，计算并返回的hashCode是用于找到Map数组的bucket位置来储存Node 对象。这里关键点在于指出，HashMap是在bucket中储存键对象和值对象，作为Map.Node 。

a. 以下是HashMap初始化，简单模拟数据结构
Node[] table=new Node[16] 散列桶初始化，tableclass Node { hash;//hash值 key;//键　value;//值　node next;//用于指向链表的下一层（产生冲突，用拉链法）}

b.以下是具体的put过程（JDK1.8版）

对Key求Hash值，然后再计算下标
如果没有碰撞，直接放入桶中（碰撞的意思是计算得到的Hash值相同，需要放到同一个bucket中）
如果碰撞了，以链表的方式链接到后面
如果链表长度超过阀值( TREEIFY THRESHOLD==8)，就把链表转成红黑树，链表长度低于6，就把红黑树转回链表
如果节点已经存在就替换旧值
如果桶满了(容量16*加载因子0.75)，就需要 resize（扩容2倍后重排）

c. 以下是具体get过程(考虑特殊情况如果两个键的hashcode相同，你如何获取值对象？)
当我们调用get()方法，HashMap会使用键对象的hashcode找到bucket位置，找到bucket位置之后，会调用keys.equals()方法去找到链表中正确的节点，最终找到要找的值对象。

有什么方法可以减少碰撞？

扰动函数可以减少碰撞，原理是如果两个不相等的对象返回不同的hashcode的话，那么碰撞的几率就会小些，这就意味着存链表结构减小，这样取值的话就不会频繁调用equal方法，这样就能提高HashMap的性能。（扰动即Hash方法内部的算法实现，目的是让不同对象返回不同hashcode。）
使用不可变的、声明作final的对象，并且采用合适的equals()和hashCode()方法的话，将会减少碰撞的发生。不可变性使得能够缓存不同键的hashcode，这将提高整个获取对象的速度，使用String，Interger这样的wrapper类作为键是非常好的选择。为什么String, Interger这样的wrapper类适合作为键？因为String是final的，而且已经重写了equals()和hashCode()方法了。不可变性是必要的，因为为了要计算hashCode()，就要防止键值改变，如果键值在放入时和获取时返回不同的hashcode的话，那么就不能从HashMap中找到你想要的对象。

HashMap中hash函数怎么是是实现的?
我们可以看到在hashmap中要找到某个元素，需要根据key的hash值来求得对应数组中的位置。如何计算这个位置就是hash算法。前面说过hashmap的数据结构是数组和链表的结合，所以我们当然希望这个hashmap里面的元素位置尽量的分布均匀些，尽量使得每个位置上的元素数量只有一个，那么当我们用hash算法求得这个位置的时候，马上就可以知道对应位置的元素就是我们要的，而不用再去遍历链表。所以我们首先想到的就是把hashcode对数组长度取模运算，这样一来，元素的分布相对来说是比较均匀的。但是，“模”运算的消耗还是比较大的，能不能找一种更快速，消耗更小的方式，我们来看看JDK1.8的源码是怎么做的（被楼主修饰了一下）

static final int hash(Object key){if (key == null){ return 0; }int h;h=key.hashCode()；return (n-1)&(h ^ (h >>> 16));}

返回散列值也就是hashcode // ^ ：按位异或 // >>>:无符号右移，忽略符号位，空位都以0补齐 //其中n是数组的长度，即Map的数组部分初始化长度 return (n-1)&(h ^ (h >>> 16));}

简单来说就是

1、高16bt不变，低16bit和高16bit做了一个异或(得到的HASHCODE转化为32位的二进制，前16位和后16位低16bit和高16bit做了一个异或)

2、(n·1)&hash=->得到下标

如果HashMap的大小超过了负载因子(load factor)定义的容量，怎么办？

默认的负载因子大小为0.75，也就是说，当一个map填满了75%的bucket时候，和其它集合类(如ArrayList等)一样，将会创建原来HashMap大小的两倍的bucket数组，来重新调整map的大小，并将原来的对象放入新的bucket数组中。这个过程叫作rehashing，因为它调用hash方法找到新的bucket位置。这个值只可能在两个地方，一个是原下标的位置，另一种是在下标为<原下标+原容量>的位置

重新调整HashMap大小存在什么问题吗？

当重新调整HashMap大小的时候，确实存在条件竞争，因为如果两个线程都发现HashMap需要重新调整大小了，它们会同时试着调整大小。在调整大小的过程中，存储在链表中的元素的次序会反过来，因为移动到新的bucket位置的时候，HashMap并不会将元素放在链表的尾部，而是放在头部，这是为了避免尾部遍历(tail traversing)。如果条件竞争发生了，那么就死循环了。(多线程的环境下不使用HashMap）

为什么多线程会导致死循环，它是怎么发生的？
HashMap的容量是有限的。当经过多次元素插入，使得HashMap达到一定饱和度时，Key映射位置发生冲突的几率会逐渐提高。这时候，HashMap需要扩展它的长度，也就是进行Resize。1.扩容：创建一个新的Entry空数组，长度是原数组的2倍。2.ReHash：遍历原Entry数组，把所有的Entry重新Hash到新数组。

HashMap为什么是线程不安全的？
HashMap 在并发时可能出现的问题主要是两方面：

put的时候导致的多线程数据不一致
比如有两个线程A和B，首先A希望插入一个key-value对到HashMap中，首先计算记录所要落到的 hash桶的索引坐标，然后获取到该桶里面的链表头结点，此时线程A的时间片用完了，而此时线程B被调度得以执行，和线程A一样执行，只不过线程B成功将记录插到了桶里面，假设线程A插入的记录计算出来的 hash桶索引和线程B要插入的记录计算出来的 hash桶索引是一样的，那么当线程B成功插入之后，线程A再次被调度运行时，它依然持有过期的链表头但是它对此一无所知，以至于它认为它应该这样做，如此一来就覆盖了线程B插入的记录，这样线程B插入的记录就凭空消失了，造成了数据不一致的行为。
resize而引起死循环
这种情况发生在HashMap自动扩容时，当2个线程同时检测到元素个数超过数组大小 × 负载因子。此时2个线程会在put()方法中调用了resize()，两个线程同时修改一个链表结构会产生一个循环链表（JDK1.7中，会出现resize前后元素顺序倒置的情况）。接下来再想通过get()获取某一个元素，就会出现死循环。

作者：小北觅
链接：https://www.jianshu.com/p/ee0de4c99f87

HashMap的三种遍历方法：

package HashMap_demo;import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;
import java.util.Map.Entry;public class HashMap_demo {public static void main(String[] args) {//Map<Integer, String> map=new HashMap<>();//这个和底下的一个写法都可以。Map<Integer, String> map=new HashMap<Integer, String>();map.put(1, "A");map.put(8, "D");map.put(3, "C");map.put(4, "D");map.put(3, "E");map.put(2, "");map.put(null, "C");//通过Map中的keySet()方法遍历获得key值进行输出//看别的大佬都管这叫增强for循环遍历System.out.println("通过Map中的keySet()方法遍历获得key值进行输出:");for(Integer s:map.keySet()) {System.out.print("Key="+s+":");System.out.print("value="+map.get(s)+"--");}//通过Map中的keySet()方法与valueSet()方法遍历获得key值和value值进行输出System.out.println("\n"+"通过Map中的keySet()方法与valueSet()方法遍历获得key值和value值进行输出");for(Integer s:map.keySet()) {System.out.print("Key="+s+":");}for(String v:map.values()) {System.out.print("value="+v+":");}//使用Iterator迭代器迭代输出System.out.println("\n"+"使用Iterator迭代器进行迭代输出：");Iterator<Entry<Integer, String>> iter=map.entrySet().iterator();while(iter.hasNext()) {Entry<Integer, String> entry=iter.next();System.out.print("Key="+entry.getKey()+":");System.out.print("value="+entry.getValue()+"--");}}}

运行结果：

通过Map中的keySet()方法遍历获得key值进行输出:
Key=null:value=C--Key=1:value=A--Key=2:value=--Key=3:value=E--Key=4:value=D--Key=8:value=D--
通过Map中的keySet()方法与valueSet()方法遍历获得key值和value值进行输出
Key=null:Key=1:Key=2:Key=3:Key=4:Key=8:value=C:value=A:value=:value=E:value=D:value=D:
使用Iterator迭代器进行迭代输出：
Key=null:value=C--Key=1:value=A--Key=2:value=--Key=3:value=E--Key=4:value=D--Key=8:value=D--

注意：hashMap的遍历输出结果应该是无序的，我这里不知道为啥，一直是有序的…

下段代码来自：https://www.cnblogs.com/biehongli/p/6443701.html 做了一点点小改动

package Map_demo;import java.util.Collection;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Set;public class HashMap_demo {public static void main(String[] args) {// 1:key,value都是object类型的// 2：key必须是唯一的，不唯一，那么后面的value会把前面的value覆盖// 3：对于HashMap，key可以为空// 4：value可以为空，也可以为空// 5：HashTable的key和value不能为空// 6：properties的key和value必须为String类型的Map<String, String> map = new HashMap<>();map.put("null", "this is null 1");map.put("null", "this is null 2");map.put(null, "NO NUll");System.out.println(map.size());System.out.println(map.get("null"));System.out.println(map.get(null));System.out.println("=============================");// 循环显示map类型的key以及对应的value// 三个集合，key的集合，value的集合，键值对的集合Set<String> keys = map.keySet();for (String s : keys) {System.out.println(s);}System.out.println("=============================");Collection<String> values = map.values();// 值的集合System.out.println(values);System.out.println("=============================");Set<Map.Entry<String, String>> entrys = map.entrySet();// 键值对的集合for (Map.Entry<String, String> entry : entrys) {System.out.println(entry.getKey() + " " + entry.getValue());}}
}

输出结果：

2
this is null 2
NO NUll
=============================
null
null
=============================
[NO NUll, this is null 2]
=============================
null NO NUll
null this is null 2

总结：上段代码说明了

TreeMap:https://mp.csdn.net/mdeditor/98071869#

HashMap与TreeMap的区别

a.)Map是接口，HashMap与TreeMap是类（即HashMap和TreeMap实现了Map的所有的方法）
b.)HashMap非线程安全，TreeMap线程安全
c.)HashMap：适用于在Map中插入、删除和定位元素。
Treemap：适用于按自然顺序或自定义顺序遍历键(key)。
d.)HashMap通常比TreeMap快一点(树和哈希表的数据结构使然)，建议多使用HashMap，在需要排序的Map时候才用TreeMap。
e.)HashMap的结果是没有排序的，而TreeMap输出的结果是排好序的。

HashMap和HashTable的区别
HashMap和Hashtable都实现了Map接口，但决定用哪一个之前先要弄清楚它们之间的分别。主要的区别有：线程安全性，同步(synchronization)，以及速度。

HashMap几乎可以等价于Hashtable，除了HashMap是非synchronized的，并可以接受null(HashMap可以接受为null的键值(key)和值(value)，而Hashtable则不行)。
HashMap是非synchronized，而Hashtable是synchronized，这意味着Hashtable是线程安全的，多个线程可以共享一个Hashtable；而如果没有正确的同步的话，多个线程是不能共享HashMap的。Java 5提供了ConcurrentHashMap，它是HashTable的替代，比HashTable的扩展性更好。
另一个区别是HashMap的迭代器(Iterator)是fail-fast迭代器，而Hashtable的enumerator迭代器不是fail-fast的。所以当有其它线程改变了HashMap的结构（增加或者移除元素），将会抛出ConcurrentModificationException，但迭代器本身的remove()方法移除元素则不会抛出ConcurrentModificationException异常。但这并不是一个一定发生的行为，要看JVM。这条同样也是Enumeration和Iterator的区别。
由于Hashtable是线程安全的也是synchronized，所以在单线程环境下它比HashMap要慢。如果你不需要同步，只需要单一线程，那么使用HashMap性能要好过Hashtable。
HashMap不能保证随着时间的推移Map中的元素次序是不变的。

作者：小北觅
链接：https://www.jianshu.com/p/ee0de4c99f87

ps:补充小知识
线程安全
在Java里，线程安全一般体现在两个方面：

1、多个thread对同一个java实例的访问（read和modify）不会相互干扰，它主要体现在关键字synchronized。如ArrayList和Vector，HashMap和Hashtable
（后者每个方法前都有synchronized关键字）。如果你在interator一个List对象时，其它线程remove一个element，问题就出现了。

2、每个线程都有自己的字段，而不会在多个线程之间共享。它主要体现在java.lang.ThreadLocal类，而没有Java关键字支持，如像static、transient那样。

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