集合之Map接口

2024-10-11 20:39:47

Map接口概述

Map与Collection并列存在。用于存储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，key所在的类须重写hashCode()和equals()方法
常用String类作为Map的key
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

常用实现类

HashMap : 作为Map的主要实现类；线程不安全的，效率高，key可以为null
- LinkedHashMap：保证在遍历map元素时，可以照添加的顺序实现遍历。
  
  原理：在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：对添加的key-value对进行排序，实现排序遍历。此时考虑key的自然排序或定制排序。底层使用红黑树
Hashtable:作为古老的实现类；线程安全的，效率低；key和value都不能为null

底层实现原理（重要）

HashMap在jdk7中实现原理

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

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的哈希值和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(key2)方法，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value2，put()中存在替换的功能。

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。

在不断的添加过程中，会涉及到扩容问题，当超出临界值(且要存放的位置非空)时，则会扩容。

默认的扩容方式：扩容为原来容量的2倍，并将原的数据复制过来。

HashMap在jdk8中的原理

new HashMap()：初始化时底层没创建一个长度为16的数组
首次调用put()方法时，底层创建长度为16的数组
jdk 8底层的数组是：Node[]，而非Entry[]
jdk7底层结构：数组+链表。jdk8中底层结构：数组+链表+红黑树。

形成链表时，七上八下（jdk7:新的元素指向旧的元素。jdk8：旧的元素指向新的元素）

HashMap底层典型属性的属性的说明：

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
TREEIFY_THRESHOLD****：Bucket中链表长度大于该默认值，转化为红黑树
UNTREEIFY_THRESHOLD****：Bucket中红黑树存储的Node小于该默认值，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，=容量*填充因子
loadFactor：填充因子

存储结构

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。

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。

常见问题

是否可为null

HashMap允许一个键为null的键值对存在，允许多个值为null的键值对存在
TreeMap不允许键为null

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