Java | Map接口：HashMap、LinkedHashMap底层原理

主要内容

Map接口及其多个实现类的对比

Map中存储key-value的特点

HashMap底层实现原理

LinkedHashMap底层实现原理

Map常用方法

TreeMap两种添加方式的使用

Properties处理属性文件

Map接口

User.java

package Map;

import java.util.Objects;

/**
 * ClassName: User
 * Date:      2020/3/4 13:01
 * author:    Oh_MyBug
 * version:   V1.0
 */
public class User implements Comparable{
    private String name;
    private int age;

    public User() {
    }

    public User(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "User{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        User user = (User) o;
        return age == user.age &&
                Objects.equals(name, user.name);
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(name, age);
    }

    // 按照姓名从小到大排列
    @Override
    public int compareTo(Object o) {
        if (o instanceof User){
            User user = (User) o;
//            return -this.name.compareTo(user.name);
            int compare = -this.name.compareTo(user.name);
            if (compare != 0){
                return compare;
            }else{
                return Integer.compare(this.age,user.age);
            }
        }else{
            throw new RuntimeException("输入的类型不匹配");
        }
    }
}

MapTest.java

package Map;

import org.junit.Test;

import java.util.*;

/**
 * ClassName: MapTest
 * Date:      2020/3/4 14:33
 * author:    Oh_MyBug
 * version:   V1.0
 *
 * 一、Map的实现类的结构
 * |----Map：双列数据，存储key-value对的数据  ---类似于高中的函数：y = f(x)
 *      |----HashMap：作为Map的主要实现类；线程不安全的，效率高；存储null的key和value
 *          |----LinkedMap：保证在遍历map元素时，可以按照添加的顺序实现遍历。
 *                  原因：在原有的HashMap底层结构基础上，添加了一对指针，指向前一个和后一个元素，
 *                        对于频繁的遍历操作，此类执行效率高于HashMap
 *      |----TreeMap：保证按照添加的key-value对进行排序，实现排序遍历。此时考虑key的自然排序和定制排序
 *                    底层使用红黑树
 *      |----Hashtable：作为古老的实现类；线程安全的，效率低；不能存储null的key和value
 *          |----Properties：常用来处理配置文件。key和value都是String类型
 *
 *      HashMap的底层：数组+链表    （jdk7及之前）
 *                     数组+链表+红黑树    （jdk8）
 *
 *   面试题：
 *   1. HashMap的底层实现原理？
 *   2. HashMap 和 Hashtable的异同？
 *   3. CurrentHashMap 与 Hashtable的异同？
 *
 *
 * 二、Map结构的理解
 *   Map中的key：无序的、不可重复的，使用Set存储所有的key   ---> key所在的类要重写equals()和hashCode()（以HashMap为例）
 *   Map中的value：无序的、可重复的，使用Collection存储所有的value
 *   一个键值对：key-value构成了一个Entry对象
 *   Map中的entry：无序的、不可重复的，使用Set存储所有的entry
 *
 * 三、HashMap的底层实现原理？以jdk7为例说明：
 *    HashMap map = new HashMap()：
 *    在实例化以后，底层创建了长度是16的一维数组Entry[] table。
 *    ...可能已经执行过多次put...
 *    map.put(key1,value1)：
 *    首先，调用key1所在类的hashCode()计算key1哈希值，此哈希值经过某种算法计算以后，得到在Entry数组中的存放位置。
 *    如果此位置上的数据为空，此时的key1-value1添加成功。   ---情况1
 *    如果此位置上的数据不为空，（意味着此位置上存在一个或多个数据（以链表形式存在）），
 *    比较key1和已经存在的一个或多个数据的哈希值：
 *          如果key1的哈希值与已经存在的数据的哈希值都不相同，此时key1-value1添加成功。   ---情况2
 *          如果key1的哈希值与已经存在的某一个数据（key2-value2）的哈希值相同，继续比较：调用key1所在类的equals()方法，比较：
 *                  如果equals()返回false，此时key1-value1添加成功   ---情况3
 *                  如果equals()返回true：使用value1替换相同key的value2
 *
 *     补充：关于情况2和情况3：此时key1-value1和原来的数据以链表的方式存储。
 *
 *   在不断的添加的过程中，会涉及到扩容问题，默认的扩容方式：扩容为原来容量的2倍，并将原有的数据复制过来。
 *
 *      jdk8 相较于jdk7在底层实现方面的不同：
 *      1. new HashMap()：底层没有创建一个长度为16的数组
 *      2. jdk 8底层的数组是：Node[]，而非Entry[]
 *      3. 首次调用put方法时，底层创建长度为16的数组
 *      4. jdk 7底层结构只有：数组+链表，jdk 8中底层结构：数组+链表+红黑树
 *         当数组的某一个索引位置上的元素以链表形式存在的数据个数 > 8 且当前数组的长度 > 64时，
 *         此时此索引位置上的所有数据改为使用红黑树存储
 *
 *      DEFAULT_INITIAL_CAPACITY：HashMap的默认容量，16
 *      DEFAULT_LOAD_FACTOR：HashMap的默认加载因子：0.75
 *      threshold：扩容的临界值 = 容量 × 填充因子：16 × 0.75 = 12
 *      TREEIFY_THRESHOLD：Bucket中链表长度大于该默认值，转化为红黑树：8
 *      MIN_TREEIFY_CAPACITY：桶中的Node被树化时最小的hash表容量：64
 *
 * 四、LinkedHashMap的底层实现原理
 *     源码中：
 *     static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
 *         Entry<K,V> before, after;    // 能够记录添加的元素的先后顺序
 *         Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
 *             super(hash, key, value, next);
 *         }
 *     }
 *
 * 五、Map中定义的方法
 *     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map和参数对象obj是否相等
 *     元视图操作的方法：
 *       Set keySet()：返回所有key构成的Set集合
 *       Collection values()：返回所有value构成的Collection集合
 *       Set entrySet()：返回所有key-value对构成的Set集合
 *
 *  总结：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 class MapTest {
    @Test
    public void test1(){
        Map map = new HashMap();
        // 添加
        map.put("AA", 123);
        map.put(45, 123);
        map.put("BB", 56);
        // 修改
        map.put("AA", 87);

        System.out.println(map);

        Map map1 = new HashMap();
        map1.put("CC",123);
        map1.put("DD",123);

        map.putAll(map1);

        System.out.println(map);

        // remove(Object key)
        Object value = map.remove("CC");
        System.out.println(value);
        System.out.println(map);

        // clear()
        map.clear(); // 与map = null; 操作不同
        System.out.println(map.size());
        System.out.println(map);
        /*
        输出：
            {AA=87, BB=56, 45=123}
            {AA=87, BB=56, CC=123, DD=123, 45=123}
            123
            {AA=87, BB=56, DD=123, 45=123}
            0
            {}
         */
    }

    @Test
    public void test2(){
        Map map = new HashMap();
        map.put("AA", 123);
        map.put(45, 123);
        map.put("BB", 56);
        // Object get(Object key)
        System.out.println(map.get(45));
        // containsKey(Object key)
        boolean isExist = map.containsKey("BB");
        System.out.println(isExist);
        // containsValue(Object value)
        isExist = map.containsValue(123);
        System.out.println(isExist);
        map.clear();
        System.out.println(map.isEmpty());
        /*
        输出：
            123
            true
            true
            true
         */
    }

    @Test
    public void test3(){
        Map map = new HashMap();
        map.put("AA", 123);
        map.put(45, 123);
        map.put("BB", 56);
        // 遍历所有的key集：keySet()
        Set set = map.keySet();
        Iterator iterator = set.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            System.out.println(iterator.next());
        }
        System.out.println("*******************");
        // 遍历所有的value集:values()
        Collection values = map.values();
        for (Object obj: values){
            System.out.println(obj);
        }
        System.out.println("*******************");
        // 遍历所有的key-value
        // 方式一：entrySet()
        Set entrySet = map.entrySet();
        Iterator iterator1 = entrySet.iterator();
        while (iterator1.hasNext()){
            Object obj = iterator1.next();
            // entrySet集合中的元素都是entry
            Map.Entry entry = (Map.Entry) obj;
            System.out.println(entry.getKey() + " ---> " + entry.getValue());
        }
        System.out.println("*******************");
        // 方式二：
        Set keySet = map.keySet();
        Iterator iterator2 = keySet.iterator();
        while (iterator2.hasNext()){
            Object key = iterator2.next();
            Object value = map.get(key);
            System.out.println(key + " ==== " + value);
        }
        /*
        输出：
            AA
            BB
            45
            *******************
            123
            56
            123
            *******************
            AA ---> 123
            BB ---> 56
            45 ---> 123
            *******************
            AA ==== 123
            BB ==== 56
            45 ==== 123
         */
    }
}

TreeMapTest.java

package Map;

import org.junit.Test;

import java.util.*;

/**
 * ClassName: TreeMaoTest
 * Date:      2020/3/4 19:04
 * author:    Oh_MyBug
 * version:   V1.0
 */
public class TreeMapTest {
    // 向TreeMap中key-value，要求key必须是由同一个类创建的对象
    // 因为要按照key进行排序：自然排序、定制排序
    @Test
    public void test1(){
        TreeMap map = new TreeMap();
        User u1 = new User("Tom",23);
        User u2 = new User("Jerry",32);
        User u3 = new User("Jack",20);
        User u4 = new User("Rose",18);
        map.put(u1, 98);
        map.put(u2, 89);
        map.put(u3, 76);
        map.put(u4, 100);

        Set entrySet = map.entrySet();
        Iterator iterator = entrySet.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            Object obj = iterator.next();
            Map.Entry entry = (Map.Entry) obj;
            System.out.println(entry.getKey() + " ---> " + entry.getValue());
        }
    }

    // 定制排序
    @Test
    public void test2(){
        TreeMap map = new TreeMap(new Comparator() {
            @Override
            public int compare(Object o1, Object o2) {
                if (o1 instanceof User && o2 instanceof User){
                    User u1 = (User)o1;
                    User u2 = (User)o2;
                    return Integer.compare(u1.getAge(),u2.getAge());
                }
                throw new RuntimeException("输入的数据类型不匹配");
            }
        });
        User u1 = new User("Tom",23);
        User u2 = new User("Jerry",32);
        User u3 = new User("Jack",20);
        User u4 = new User("Rose",18);

        map.put(u1, 98);
        map.put(u2, 89);
        map.put(u3, 76);
        map.put(u4, 100);

        Set entrySet = map.entrySet();
        Iterator iterator = entrySet.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            Object obj = iterator.next();
            Map.Entry entry = (Map.Entry) obj;
            System.out.println(entry.getKey() + " ---> " + entry.getValue());
        }
        /*
        输出：
            User{name='Rose', age=18} ---> 100
            User{name='Jack', age=20} ---> 76
            User{name='Tom', age=23} ---> 98
            User{name='Jerry', age=32} ---> 89
         */
    }
}

PropertiesTest.java

package Map;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.util.Properties;

/**
 * ClassName: PropertiesTest
 * Date:      2020/3/4 19:21
 * author:    Oh_MyBug
 * version:   V1.0
 */
public class PropertiesTest {

    // Properties：常用来处理配置文件。key和value都是String类型
    public static void main(String[] args){
        FileInputStream fis = null;
        try {
            Properties pros = new Properties();
            fis = new FileInputStream("jdbc.properties");
            pros.load(fis); // 加载流对应的文件
            String name = pros.getProperty("name");
            String password = pros.getProperty("password");
            System.out.println("name:" + name + "\npassword:" + password);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (fis != null){
                try {
                    fis.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
        /*
        输出：
            name:OhMyBug
            password:123
         */
    }
}

Oh_MyBug

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