Java集合框架概述（四）——Map体系集合与底层实现原理

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");
    }
}

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5.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");
    }
}

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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");
    }
}

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