7.Map接口及其实现类
黯相望。断鸿声里,立尽斜阳。
——柳永《玉蝴蝶》
Map接口及其实现类
1. Map接口介绍
- 现实生活中,我们常会看到这样的一种集合:
IP
地址与主机名,身份证号与个人,系统用户名与系统用户对象等,这种一一对应
的关系,就叫做映射。Java
提供了专门的集合类用来存放这种对象关系的对象,即java.util.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
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接口中的集合都有两个泛型变量,在使用时,要为两个泛型变量赋予数据类型。两个泛型变量的数据类型可以相同,也可以不同。
- 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
2. Map接口中常用方法
元素的添加 、 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mp和参数对象obj是否相等。
遍历Map的三种方式☆
public Set<K> keySet()
: 获取Map集合中所有的键,存储到Set集合中。
获取
Map
中所有的键,由于键是唯一的,所以返回一个Set
集合存储所有的键。方法提示:keyset()
遍历键的
Set
集合,得到每一个键。根据键,获取键所对应的值。方法提示:
get(K key)
Collection values():
返回所有value构成的Collection集合
public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet()
: 获取到Map集合中所有的键值对对象的集合(Set集合)。
我们已经知道,
Map
中存放的是两种对象,一种称为key(键),一种称为value
(值),它们在在Map
中是一一对应关系,这一对对象又称做Map
中的一个Entry
(项) 。Entry
将键值对的对应关系封装成了对象。即键值对对象,这样我们在遍历Map
集合时,就可以从每一个键值对(Entry
)对象中获取对应的键与对应的值。既然Entry
表示了一对键和值,那么也同样提供了获取对应键和对应值得方法:Map集合不能直接使用迭代器或者foreach进行遍历。但是转成Set之后就可以使用了。
public K getKey() :获取Entry对象中的键。
public V getValue() :获取Entry对象中的值。
1 | /** |
3. Map接口的实现类
3.1 HashMap集合
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。
- 因为key不允许有重复。
- HashMap
判断两个 value 相等的标准是
:两个 value 通过 equals() 方法返回 true。
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0.75
TREEIFY_THRESHOLD :
Bucket中链表长度大于该默认值8,转化为红黑树
UNTREEIFY_THRESHOLD :
Bucket中红黑树存储的Node小于该默认值6,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(默认为64)
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(吞吐临界值)12=容量*填充因子
loadFactor:
填充比(负载因子)。
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。
HashMap的储存结构☆☆
- 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。
JDK7
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。
HashMap静态内部类Entry
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7 static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final K key;
V value;
final int hash;
Entry<K,V> next;
// ....
}==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。
JDK8
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。
HashMap的静态内部类Node
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39 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;
}
public final K getKey() { return key; }
public final V getValue() { return value; }
public final String toString() { return key + "=" + value; }
public final int hashCode() {
return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);
}
public final V setValue(V newValue) {
V oldValue = value;
value = newValue;
return oldValue;
}
public final boolean equals(Object o) {
if (o == this)
return true;
if (o instanceof Map.Entry) {
Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o;
if (Objects.equals(key, e.getKey()) &&
Objects.equals(value, e.getValue()))
return true;
}
return false;
}
}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。
- 如果不理解这段,可以看一下HashMap源码中的重要常量
MIN_TREEIFY_CAPACITY
。关于映射关系的key 是否可以修改 ?
答案是: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。
小结
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。
HashMap存储自定义类型键值
- 每位学生(姓名,年龄)都有自己的家庭住址。那么,既然有对应关系,则将学生对象和家庭住址存储到
map
集合中。学生作为键, 家庭住址作为值。- 注意,学生姓名相同并且年龄相同视为同一名学生。
Student.java
1 | public class Student { |
测试类HashMapTest
1 | public class HashMapTest { |
当给
HashMap
中存放自定义对象时,如果自定义对象作为key
存在,这时要保证对象唯一,必须复写对象的hashCode
和equals
方法(如果忘记,请回顾HashSet
存放自定义对象)。如果要保证
map
中存放的key
和取出的顺序一致,可以使用java.util.LinkedHashMap
集合来存放。
LinkedHashMap集合☆
- 我们知道HashMap保证成对元素唯一,并且查询速度很快,可是成对元素存放进去是没有顺序的,那么我们要保证有序,还要速度快怎么办呢?
- LinkedHashMap 是 HashMap 的子类,它是链表和哈希表组合的一个数据存储结构。
1 | public class LinkedHashMapDemo { |
结果:
1 | 邓超 孙俪 |
LinkedHashMap的静态内部类Entry
1 | static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> { |
3.2 TreeMap集合
- 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。
3.3 HashTable集合
- 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。
Properties类
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);