Java集合框架总图
Map接口和具体实现类
Java集合总体分为两个根接口，Map和Collection，其中Collection是单列集合，Map是双列集合。
Map与List、Set接口不同，它并不继承自Collection，它是由一系列键值对组成的集合，提供了key到value的映射。在Map中一个key对应一个value，所以key的存储不可重复，但value可以。
哈希结构——通过关键码找到值的数据结构
哈希函数——建立关键字和值的映射关系
注：好的哈希函数能使值均匀的分步在哈希结构中
生成哈希函数的两种方式
（1）直接寻址法：f(x)=kx+b(k和b是常数)
（2）除留余数法：f(x)=x mod m (m<p)(m小于哈希长度p)
哈希冲突的两种解决方式
（1）链地址法：当发生哈希冲突时，将哈希到对应位置的值连接在该位置的数据后面。
（2）线性探测法
Map接口常用方法
int size(); //map集合中存储的键值对的个数
boolean isEmpty(); //判断map集合是否为空 true:空 false：不为空
boolean containsKey(Object key) //判断集合中是否存在该键key
boolean containsValue(Object value); ////判断集合中是否存在该值value
V get(Object key) //通过键获取对应的值
V put(K key, V value); //添加键值对
V remove(Object key); //删除操作 通过键删除键值对
常用三种遍历方式
System.out.println("通过键值对遍历");
//1、通过键值对遍历
Iterator <Map.Entry <String, String>> iterator = hashMap.entrySet().iterator();
while (iterator.hasNext()) {
Map.Entry <String, String> entry = iterator.next();
String key = entry.getKey();
String value = entry.getValue();
System.out.println(key+":"+value);
}
System.out.println();
System.out.println("通过键遍历");
//通过键遍历
Iterator <String> iterator1 = hashMap.keySet().iterator();
while (iterator1.hasNext()) {
System.out.println(iterator1.next());
}
System.out.println();
System.out.println("通过值遍历");
//通过值遍历
Iterator <String> iterator2 = hashMap.values().iterator();
while (iterator2.hasNext()) {
System.out.println(iterator2.next());
}
一、HashMap
HashMap底层是一个Entry数组，Entry是HashMap的基本组成单元，每一个Entry包含一个key-value键值对。当发生哈希冲突时，HashMap采用链表的方式来解决，在对应的数组位置存放链表的头结点。对链表而言，新加入的节点会从头结点加入。
1、继承关系
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable
2、属性分析
//默认的初始容量是16
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;
//最大容量
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
//默认的填充因子
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
//当桶(bucket)上的结点数大于这个值时会转成红黑树
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
//当桶(bucket)上的结点数小于这个值时树转链表
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
//桶中结构转化为红黑树对应的table的最小大小
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
//存储元素的数组，总是2的幂次倍
transient Node<k,v>[] table;
//存放具体元素的集
transient Set<map.entry<k,v>> entrySet;
//存放元素的个数，注意这个不等于数组的长度。
transient int size;
//每次扩容和更改map结构的计数器
transient int modCount;
//临界值
//实际大小(容量*填充因子)超过临界值时，会进行扩容
//threshold = capacity * loadFactor，
//当Size>=threshold的时候，就要考虑对数组扩容
//即这是衡量数组是否需要扩容的一个标准
int threshold;
//加载因子
//用来控制数组存放数据的疏密程度
//loadFactor越趋近于1，数组中存放的数据(entry)就越多，也就越密，会让链表的长度增加
//loadFactor越小，趋近于0，数组中存放的数据(entry)也就越少，就越稀疏
//loadFactor太大导致查找元素效率低
//loadFactor太小导致数组的利用率低，存放的数据会很分散
//loadFactor的默认值为0.75f是官方给出的一个比较好的临界值
//给定的默认容量为16，负载因子为 0.75
//Map在使用过程中不断的往里面存放数据，当数量达到了16*0.75=12
//就需要将当前16的容量进行扩容
//扩容过程涉及到rehash、复制数据等操作，非常消耗性能
final float loadFactor;
HashMap内部定义了一个hash表数组，元素通过哈希转换函数将哈希地址转换成数组中存放的索引，如果有冲突，则使用散列链表的形式将所有相同哈希地址的元素串起来，通过查看HashMap.Entry的源码可以看出是一个单链表结构：
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;
}
}
3、构造函数
//如果指定了加载因子和初始容量，就调用这个构造方法
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
//判断合法性
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
// Find a power of 2 >= initialCapacity
//初始容量
int capacity = 1;
//确保容量为2的n次幂，使capacity为大于initialCapacity的最小的2的n次幂
while (capacity < initialCapacity)
capacity <<= 1;
this.loadFactor = loadFactor;
threshold = (int)(capacity * loadFactor);
table = new Entry[capacity];
init();
}
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);
table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
init();
}
4、常用方法
（1）put()
key不可重复但可以为空，value可重复可为空，插入无序。
public V put(K key, V value) {
//如果table数组为空数组，进行数组填充（为table分配实际内存空间），入参为threshold，此时threshold为initialCapacity 默认是1<<4
if (table == EMPTY_TABLE) {
inflateTable(threshold);
}
//如果key为null，存储位置为table[0]或table[0]的冲突链上
if (key == null)
return putForNullKey(value);
int hash = hash(key);//对key的hashcode进一步计算，确保散列均匀
int i = indexFor(hash, table.length);//获取在table中的实际位置
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
//如果该对应数据已存在，执行覆盖操作。用新value替换旧value，并返回旧value
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
modCount++;//保证并发访问时，若HashMap内部结构发生变化，快速响应失败
addEntry(hash, key, value, i);//新增一个entry
return null;
}
注：
①inflateTable方法
用于为主干数组table在内存中分配存储空间，通过roundUpToPowerOf2(toSize)可以确保capacity为大于或等于toSize的最接近toSize的二次幂，比如toSize=13,则capacity=16;to_size=16,capacity=16;to_size=17,capacity=32。
private void inflateTable(int toSize) {
int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize);//capacity一定是2的次幂
threshold = (int) Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);//此处为threshold赋值，取capacity*loadFactor和MAXIMUM_CAPACITY+1的最小值，capaticy一定不会超过MAXIMUM_CAPACITY，除非loadFactor大于1
table = new Entry[capacity];
initHashSeedAsNeeded(capacity);
}
②roundUpToPowerOf2方法
使数组长度一定为2的次幂，Integer.highestOneBit用来获取最左边的bit（其他bit位为0）所代表的数值。
private static int roundUpToPowerOf2(int number) {
// assert number >= 0 : "number must be non-negative";
return number >= MAXIMUM_CAPACITY
? MAXIMUM_CAPACITY
: (number > 1) ? Integer.highestOneBit((number - 1) << 1) : 1;
}
③hash函数
用异或、移位等运算，对key的hashcode进一步计算以及并调整二进制位，保证最终获取的存储位置尽量分布均匀。
final int hash(Object k) {
int h = hashSeed;
if (0 != h && k instanceof String) {
return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k);
}
h ^= k.hashCode();
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}
static int indexFor(int h, int length) {
//h&(length-1)保证获取的index一定在数组范围内
return h & (length-1);
}
以上两步获取到当前元素要存储的哈希表的索引位置。
拓展：不同场景下的put
hash （通过 key 计算出的 int 值）
key （传入的 key）
value （传入的 value）
场景1：存储时 HashMap的 Node数组未初始化。
初始化数组，直接放入。
场景2：当前坐标下不存在值。
直接存放到0。
场景3：当前坐标下只有一个值并且存储的 key相等。
将旧值覆盖。
场景4：当前坐标下只有一个值并且存储的 key不相等。
将新值存到下标为0的next属性处，形成链表结构。
场景5：当前坐标下有多数值(小于8)且其中有一个值和新传入的 key相同。
替换旧值，并复制旧值的next属性给新值。
场景6：当前坐标下有多数值(小于8)且 key 都不相同。
直接接到最后面，若连完大于8则转为红黑树。
场景7：当前坐标下有多数值（大于等于8（链表长度大于等于8的时候，当前数组长度大于64时才会转换成红黑树）），数据结构已经变为红黑树了。
来源：CSDN
作者：king9819
链接：https://blog.csdn.net/kiing9819/article/details/104104802