您的位置：首页 > 编程语言 > Java开发

Java集合框架概述（四）——Map体系集合与底层实现原理

2020-03-17 18:39 489 查看

一、Map父接口

1.概要

方法	描述
public interface Map<K,V>	将键映射到值的对象。一个映射不能包含重复的键; 每个键可以映射到最多一个值。

将键映射到值的对象。 Map不能包含重复的键; 每个键可以映射到最多一个值。

Map

界面提供了三个

collection

视图，允许将映射内容视为键键、值集或键-值映射关系集。映射的顺序定义在迭代器在映射的

collection

示图上返回其元素的顺序。某些映射实现可明确保证其顺序，如

TreeMap

类，另一些映射实现则不保证顺序，如

HashMap

。

Map接口的继承关系

2.Map接口的特点：

用于存储任意键值对（Key-Value）
键：无序、无下标、不允许重复（唯一）
值：无序、无下标、允许重复

3.Map常见方法

方法	描述
V put(K key, V value)	将对象存入集合中，关联键值。key重复则覆盖原值
V get(Object key)	如果此映射包含该键的映射，返回到指定键所映射的值，或 null。
Set keySet()	返回此Map中所有的Key
Collection values()	返回包含所有值的Collection集合
Set<Map.Entry<K,V>> entrySet()	键值匹配的Set集合

4.应用场景

在进行字典查询时，通过List接口的下标查询已经不能满足要求，因为用户不能根据元素下标轻松查询到对应位置的值，两者在直观性并不强。

public class CountryMap {

public static void main(String[] args){
System.out.println("请输入国家的缩写：");
Scanner scanner = new Scanner(System.in);

String s = Country.countries.get(scanner.nextLine());
System.out.println("查询结果为："+s);
}
}
class Country{
public static final Map<String,String> countries = new HashMap<>();
static {
countries.put("CN","中华人民共和国");
countries.put("US","美利坚合众国");
countries.put("KR","韩国");
countries.put("JP","日本");
}
}

打印结果：

keySet()

方法和

Values()

方法

在要点3中罗列出了

keySet()

方法和

Values()

方法，两者分别表示返回所有键、返回所有值，但是前者接收的方式是

Set

集合，后者则是

Collection

结合。原因在于：

Key

是唯一的，

Value

是不唯一且无序的

public class CountryMap {

public static void main(String[] args){
//所有键（Key是唯一的，因此时Set接收）
Set<String> keys = Country.countries.keySet();
System.out.println(keys);
//所有值（值是无序的，且是不唯一的）
Collection<String> values = Country.countries.values();
System.out.println(values);
}
}
class Country{
public static final Map<String,String> countries = new HashMap<>();
static {
countries.put("CN","中华人民共和国");
countries.put("US","美利坚合众国");
countries.put("KR","韩国");
countries.put("JP","日本");
}
}

打印结果：

二、Map的实现类

1.HashMap

基于哈希表的实现的Map接口。此实现提供了所有可选的映射操作，并允许null的值和null键。（除了它是不同步的，并允许null之外，

HashMap

类大致相当于

Hashtable

）。这个类不能保证映射的顺序; 特别是，它不能保证该顺序恒久不变。

JDK1.2版本，线程不安全，运行效率快；允许使用
```
null
```
作为
```
Key
```
或者是
```
value
```
。

HashSet是对HashMap的实现：
用户所有存进

HashSet

中的值，

HashSet

会原封不动的提交给

HashMap

的Key，进而根据Key来进行排序

public class HashSet<E> extends AbstractSet<E>
implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
private transient HashMap<E,Object> map;
}

public boolean add(E e) {
return map.put(e, PRESENT)==null;
}

2.Hashtable

该类实现了一个哈希表，它将键映射到值。任何非null对象都可以用作键值或值。
为了从散列表成功存储和检索对象，用作键的对象必须实现hashCode方法和equals方法。

JDK1.0版本，线程安全，运行效率慢；不允许使用
```
null
```
作为
```
Key
```
或者是
```
value
```
。

3.TreeMap

该方法可以讲Map中的键值对按照键值的进行自然排序；同样的，根据HashMap和HashSet的关系，事实上TreeSet是基于TreeMap的实现，即用户所有存进

TreeSet

中的值，

TreeSet

会原封不动的提交给

TreeMap

的Key，进而根据Key来进行排序。

//伪代码
class TreeSet<E>{
private TreeMap<E,?> map;
public void add(E,e){
map.put(e,null);
}
}
calss TreeMap<K k ,V v>{
public void put(K k, V v){
}
}

三、Map的真面目——数组链表

前面我们使用了

keySet()

方法和

Values()

方法来分别返回Map的所有键和所有值，那怎样但返回所有键-值对呢？显然，会使用到

Set<Map.Entry<K,V>> entrySet()

方法。
该方法的返回类型是Set,但是与

Values()

方法不同的是，Set的泛型一个

Map.Entry<K,V>

也是一个泛型，这里就涉及到了Map的底层实现原理了

JDK1.8中，用户所有存入Map的键值都会存入

Node<K,V>[]

类型的

table

数组，而

Node<K,V>

实现了

Map.Entry<K,V>

，实质上Map本身是一个数组。（JDK1.7中使用的不是

Node<K,V>[]

而是

Entry<K,V>

）

static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16

默认的数组的长度为16，且每个元素都有对应的类型就是

Entry<K,V>

，当用户在new一份新的HashMap对象时，会把

HashMap<K,V>

对应的值传给

Entry<K,V>

/**
*该表在首次使用时初始化，并调整为
*必填。分配后，长度始终是2的幂。
*（我们在某些操作中也允许长度为零，以允许
*当前不需要的引导机制。）
*/
transient Node<K,V>[] table;

/**
*保存缓存的entrySet（）。请注意，使用AbstractMap字段
*用于keySet（）和values（）
*/
transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;

//公开的静态内部类
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;
}
}

横向看Map数组状，存储了16个主要元素，接着每一个元素下有挂靠了以链表结构存储的其他元素。

现因个人能力有限，具体详细分析可参考博文：

Java中HashMap底层实现原理(JDK1.8)源码分析

应用：

public class CountryMap {

public static void main(String[] args){
//所有键和值
Set<Map.Entry<String,String>> entries = Country.countries.entrySet();
for (Map.Entry<String,String> entry: entries){
System.out.println(entry);
}
}
}
class Country{
public static final Map<String,String> countries = new HashMap<>();
static {
countries.put("CN","中华人民共和国");
countries.put("US","美利坚合众国");
countries.put("KR","韩国");
countries.put("JP","日本");
}
}

打印结果：