上一章我们了解了Collection,这一章我们就介绍一下Map,Map几乎是初级程序员必问的,相较于Collection,Map就显得更复杂一些了,话不多说,还是先看下Map的继承体系:

Map的继承体系

Map: 双列集合的根类
- HashMap: 基于哈希表来存储键值对,无序无索引,底层结构是数组+链表+红黑树,线程不安全
  - LinkedHashMap: 在HashMap的基础上为每个节点增加了一个双向链，形成了一个双向链表，以此来保证了元素的有序。线程不安全
- HashTable: 可以理解为HashMap的线程安全版本,该列已经逐渐别废弃,不推荐使用
- TreeMap: 基于NavigableMap的红黑树实现。

Map的常用体系就是上面的这些,其中又以HashMap应用最多,也是面试中最常问的,下面就具体讲讲.

Map的常用方法和遍历

常用方法:
- 添加：put(Object key,Object value)
- 删除：remove(Object key)
- 修改：put(Object key,Object value)
- 查询：get(Object key)
- 长度：size()
- 遍历：keySet() / values() / entrySet()

public void mapMethod(){Map<String, String> oneMap = new HashMap<>();oneMap.put("东邪", "黄药师");oneMap.put("西毒", "欧阳锋");oneMap.put("南帝", "一灯大师");oneMap.put("北丐", "洪七公");oneMap.put("中神通", "周伯通");oneMap.put("神雕大侠", "杨过");System.out.println(oneMap);System.out.println("------------------------");oneMap.remove("神雕大侠");System.out.println(oneMap);System.out.println("------------------------");oneMap.put("南帝", "段智兴");System.out.println(oneMap);System.out.println("------------------------");System.out.println(oneMap.get("中神通"));System.out.println("------------------------");System.out.println("map的长度为: " + oneMap.size() );System.out.println("------------------------");// 遍历Set<String> keys = oneMap.keySet();Iterator<String> iterator = keys.iterator();while (iterator.hasNext()){System.out.println(oneMap.get(iterator.next()));}System.out.println("------------------------");Collection<String> values = oneMap.values();for (String value : values) {System.out.println(value);}System.out.println("------------------------");Set<Map.Entry<String, String>> entrySet = oneMap.entrySet();Iterator<Map.Entry<String, String>> entryIterator = entrySet.iterator();while (entryIterator.hasNext()){Map.Entry<String, String> mapEntry = entryIterator.next();System.out.println(mapEntry.getKey() + "--" + mapEntry.getValue());}
}
结果:
{西毒=欧阳锋, 北丐=洪七公, 东邪=黄药师, 南帝=一灯大师, 神雕大侠=杨过, 中神通=周伯通}
------------------------
{西毒=欧阳锋, 北丐=洪七公, 东邪=黄药师, 南帝=一灯大师, 中神通=周伯通}
------------------------
{西毒=欧阳锋, 北丐=洪七公, 东邪=黄药师, 南帝=段智兴, 中神通=周伯通}
------------------------
周伯通
------------------------
map的长度为: 5
------------------------
欧阳锋
洪七公
黄药师
段智兴
周伯通
------------------------
欧阳锋
洪七公
黄药师
段智兴
周伯通
------------------------
西毒--欧阳锋
北丐--洪七公
东邪--黄药师
南帝--段智兴
中神通--周伯通

HashMap的实现原理和底层结构

实现
- 概述: HashMap是基于哈希表的Map接口的非同步实现。此实现提供所有可选的映射操作，
  并允许使用null值和null键。
- 过程: HashMap基于hash算法实现的,当我们往HashMap中put元素时,利用key的hashCode计算出当前对象的元素在数组中的下标,存储时,如果出现hash值相同的key,此时有两种情况.
  - 如果key相同,则覆盖原始值;
  - 如果key不同(出现冲突),则将当前的key-value放入链表中,获取时,直接找到hash值对应的下标,再进一步判断key是否相同,从而找到对应的值
hash冲突解决方案
- 开放地址法: 也叫线性探测法,从发生冲突的位置开始,按照一定次序从hash表中找到一个空闲位置,然后把发生冲突的元素存到这个位置,在java中,ThreadLocal就是使用此方法解决hash冲突的.
- 链式寻址法: 简单理解就是把发生冲突的key,以单向链表存储起来,HashMap就是使用这种方法
- 再hash法: 通过某个hash函数计算的key,存在冲突时,再用另一个hash函数对这个进行hash,一直运算,直到不再冲突为止,这种方式会增加计算的时间,对性能有一定的影响.
- 建立公共移除区: 把hash表分为基本表和溢出表两部分,凡是冲突的元素一律放到溢出表
扩容
阿⾥规范中表⽰创建HashMap时最好指定初始⼤⼩.这么做也很好理解,因为HashMap会根据存入的数据的多少进行动态扩容的,而扩容需要重新rehash操作(即重建内部数据结构),重新计算hashCode等操作,是非常耗时的.所以创建HashMap给定初始大小可以减少扩容的次数,提高性能,那给定多少合适呢?不给初始值又会是什么情况呢?这里就要看两个参数,一个是我们给定的初始值,一个就是它的负载因子.

负载因子:
- 默认值: 查看源码可以看到,HashMap默认长度为16(采用的位运算),负载因子默认值是0.75f,扩容条件就是HashMap中元素的个数大于数组大小*负载因子,所以当不给初始值的时候,当HashMap中的元素大于 16*0.75=12的时候就会发生扩容,变为原来的两倍,即16*2=32;
- 作用:
  - 负载因子衡量的是散列表的空间使用程度,负载因子越大表示散列表填充程度越高,反之越小
  - 因此如果负载因子越大,对空间利用越充分,后果就是查找效率的降低;如果负载因子太小,那么散列表的数据将过于稀疏,对空间造成严重的浪费.
  - 默认的负载因子是0.75是对空间和时间效率的一个平衡选择,当容量超出时,就会扩容为原来的2倍.

只考虑Get和Put方法的情况下(不考虑扩容等等),如何手动实现HashMap?

@Data
public class MyEntry<K,V> {public K key;public V value;
}
--------------------------------------------------------------------------------
@Data
public class MyHashMap<K,V> {public  List<LinkedList<MyEntry<K, V>>> list = new ArrayList<>();public MyHashMap() {/***   HashMap是通过hash算法来计算数组索引的*   这里只是模拟存储,hashCode得到的hash值是在[-2^31, 2^31)*   如果key的hashCode大于99或者小于0,就会出现索引越界**/for (int i = 0; i < 100; i++) {list.add(i, null);}}public void put(K key,V value){MyEntry<K, V> newEntry = new MyEntry<>();newEntry.setKey(key);newEntry.setValue(value);int hash = key == null ? 0 : key.hashCode();LinkedList<MyEntry<K, V>> entryList = list.get(hash);if (entryList == null){entryList = new LinkedList<>();entryList.add(newEntry);list.set(hash, entryList);}else {boolean result = false;for (int i = 0; i < entryList.size(); i++) {MyEntry<K, V> myEntry = entryList.get(i);if ((key == null && i == 0) || (key != null && key.equals(myEntry.getKey()))){entryList.get(i).setValue(value);result = true;}}if (!result){entryList.add(newEntry);}}}public V get(K key){V value = null;int hash = key == null ? 0 : key.hashCode();LinkedList<MyEntry<K, V>> entries = list.get(hash);if (entries == null){return value;}else {for (MyEntry<K, V> entry : entries) {if (entry.getKey() == null || (key != null && key.equals(entry.getKey()))){return entry.getValue();}}}return value;}}
------------------------------------------------------------------
public class TestMyMap {public static void main(String[] args) {MyHashMap<String, Date> hashMap = new MyHashMap<>();hashMap.put("a",new Date());hashMap.put(null,new Date());hashMap.put("b",null);System.out.println(hashMap.get("a"));System.out.println(hashMap.get(null));System.out.println(hashMap.get("b"));hashMap.put(null,null);System.out.println(hashMap.get(null));}
}
------------------------------------------------------------------
结果:
Wed Jul 06 15:15:41 CST 2022
Wed Jul 06 15:15:41 CST 2022
null
null

HashMap相关FQA

关于HashMap相关的面试题很多,这里就列举几个我面试遇到的

1.HashMap的实现原理?
- 答: 上文中的实现
2.Hash冲突如何解决?
- 答: 上文中的实现
3.HashMap和Hashtable有什么区别？
- 初始容量和扩充容量不同:
  - 创建时不指定容量初始值:
    - HashMap默认大小为16,每次扩容,容量变为原来的2倍
    - HashTable默认大小为11,每次扩容,容量变为原来的2n+1.
  - 创建时给定初始容量大小:
    - HashMap会将其扩充为2的幂次方大小.公式: (init)(expectedSize /0.75F + 1.0F),expectedSize为要存储的数量.例如要存7条数据,那根据公式得出需要容量大小为10,那比10大且最近接的2的幂次方为2的4次幂,结果为16;
    - HashTable会直接使用你给定的大小.
- 对NullKey和NullValue的支持:
  - HashMap中,null可以作为键,这样的键只有一个,可以有一个或多个键的值为null
  - HashTable中put进去的键值只要有一个为null,直接抛出NullPointerException.
- 线程安全: HashMap是非线程安全的;HashTable是线程安全的,其内部的方法基本都经过synchronized修饰.
- 效率: 因为线程安全问题,HashMap比HashTable效率要高一点.
- 底层数据结构: JDK1.8之后的HashMap在解决Hash冲突时有了较大的变化,当链表的长度大于阈值(默认为8),且数组长度大于64时,将链表转成红黑树,以减少搜索时间,HashTable没有这样的机制.
- 推荐使用: 在HashTable类的注解可以看到,HashTable是保留类,不建议使用.推荐单线程环境下使用HashMap替代,如果需要多线程使用则用java.util.concurrent.ConcurrentHashMap替代.(java.util.concurrent包下所有的集合类都是线程安全的)
4.说一下HashSet的实现原理?
- HashSet是基于HashMap实现的,HashSet的值存放在HashMap的key上,HashMap的值统一存为PRESENT.因此HashSet的实现比较简单,相关HashSet的操作,基本上都是调用HashMap的方法完成的.HashSet不允许重复的值.
5.如何决定使用HashMap还是TreeMap?
- 对于Map中插入,删除和定位元素这类操作,HashMap是最好的选择.
- 如果要对一个有序的key集合进行遍历,TreeMap是更好的选择.

关于Map相关的知识点就先说道这里,还有很多需要学习的地方,后面如果有更深层的立即,会再给大家分享,欢迎大家纠正和补充

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