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Java集合：Map接口总结

由 故事扮演 提交于 2020-03-08 11:12:06

一、HashMap

  • 基于哈希表的 Map 接口的实现，允许存入 null 值和 null 键，无序存储且线程不同步；
  • HashMap 初始容量默认为16，扩容一定是2的指数，加载因子默认值为0.75； 
  • HashMap采用Iterator方式迭代，可直接迭代键值对；
  • 迭代 collection 视图所需的时间与 HashMap 实例的“容量”（桶的数量）及其大小（键-值映射关系数）成比例。所以，如果迭代性能很重要，则不要将初始容量设置得太高（或将加载因子设置得太低）。

建议多看源码，如果觉得晦涩可以戳这里看源码解析。

安利网址：http://www.admin10000.com/document/3322.html，个人觉得分析的挺好

 

JDK1.8+HashMap的改进

  • JDK1.8以前是采用的数组+链表形式存储，JDK1.8+是采用的是数组+链表/红黑树
  • JDK1.8+，当bucket节点数小于等于6时，转换为链表形式；当节点数大于等于8时，转换为红黑树形式

JDK1.8以前，HashMap的put()方法、get()源码如下：

put():

public V put(K key, V value) {
    // HashMap允许存放null键和null值。
    // 当key为null时，调用putForNullKey方法，将value放置在数组第一个位置。
    if (key == null)
        return putForNullKey(value);
    // 根据key的hashCode重新计算hash值。
    int hash = hash(key.hashCode());
    // 搜索指定hash值所对应table中的索引。
    int i = indexFor(hash, table.length);
    // 如果 i 索引处的 Entry 不为 null，通过循环不断遍历 e 元素的下一个元素。
    for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
        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;
        }
    }
    // 如果i索引处的Entry为null，表明此处还没有Entry。
    // modCount记录HashMap中修改结构的次数
    modCount++;
    // 将key、value添加到i索引处。
    addEntry(hash, key, value, i);
    return null;
}

get():

public V get(Object key) {
		// 如果 key 是 null，调用 getForNullKey 取出对应的 value
		if (key == null)
			return getForNullKey();
		// 根据该 key 的 hashCode 值计算它的 hash 码
		int hash = hash(key.hashCode());
		// 直接取出 table 数组中指定索引处的值，
		for (Entry<K, V> e = table[indexFor(hash, table.length)]; e != null;
		// 搜索该 Entry 链的下一个 Entr
		e = e.next) // ①
		{
			Object k;
			// 如果该 Entry 的 key 与被搜索 key 相同
			if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
				return e.value;
		}
		return null;
	}

JDK1.8+，HashMap的put()、get()方法源码如下：

put():

public V put(K key, V value) {
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
    }

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
    // table未初始化或者长度为0，进行扩容
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
        n = (tab = resize()).length;
    // (n - 1) & hash 确定元素存放在哪个桶中，桶为空，新生成结点放入桶中(此时，这个结点是放在数组中)
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    // 桶中已经存在元素
    else {
        Node<K,V> e; K k;
        // 比较桶中第一个元素(数组中的结点)的hash值相等，key相等
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                // 将第一个元素赋值给e，用e来记录
                e = p;
        // hash值不相等，即key不相等；为红黑树结点
        else if (p instanceof TreeNode)
            // 放入树中
            e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        // 为链表结点
        else {
            // 在链表最末插入结点
            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                // 到达链表的尾部
                if ((e = p.next) == null) {
                    // 在尾部插入新结点
                    p.next = newNode(hash, key, value, null);
                    // 结点数量达到阈值，转化为红黑树
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                        treeifyBin(tab, hash);
                    // 跳出循环
                    break;
                }
                // 判断链表中结点的key值与插入的元素的key值是否相等
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    // 相等，跳出循环
                    break;
                // 用于遍历桶中的链表，与前面的e = p.next组合，可以遍历链表
                p = e;
            }
        }
        // 表示在桶中找到key值、hash值与插入元素相等的结点
        if (e != null) { 
            // 记录e的value
            V oldValue = e.value;
            // onlyIfAbsent为false或者旧值为null
            if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                //用新值替换旧值
                e.value = value;
            // 访问后回调
            afterNodeAccess(e);
            // 返回旧值
            return oldValue;
        }
    }
    // 结构性修改
    ++modCount;
    // 实际大小大于阈值则扩容
    if (++size > threshold)
        resize();
    // 插入后回调
    afterNodeInsertion(evict);
    return null;
}

get():

public V get(Object key) {
        Node<K,V> e;
        return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
    }

final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
    // table已经初始化，长度大于0，根据hash寻找table中的项也不为空
    if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
        (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
        // 桶中第一项(数组元素)相等
        if (first.hash == hash && // always check first node
            ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            return first;
        // 桶中不止一个结点
        if ((e = first.next) != null) {
            // 为红黑树结点
            if (first instanceof TreeNode)
                // 在红黑树中查找
                return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
            // 否则，在链表中查找
            do {
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    return e;
            } while ((e = e.next) != null);
        }
    }
    return null;
}

参考网址：

JDK1.8以前：http://www.cnblogs.com/xwdreamer/archive/2012/06/03/2532832.html

JDK1.8+：http://www.cnblogs.com/leesf456/p/5242233.html

二、Hashtable（小写t！！！）

  • 基于哈希表的 Dictionary 接口的实现，不允许存入 null 键和 null 值，无序存储且线程同步；
  • Hashtable采用的是Enumeration<T>迭代方式，key和value需要分别调用keys()和elements()；
  • HashTable中hash数组默认大小是11，增加的方式是 oldCapacity * 2 + 1。
        Dictionary<String, String> dic = new Hashtable<String, String>();
		dic.put("zd", "zd");
		dic.put("age", "21");
		dic.put("zt", "zt");
		dic.put("age", "22");
		dic.put("sex", "girl");
		Enumeration<String> elemvalues = dic.elements();
		Enumeration<String> elemkeys = dic.keys();
		while(elemvalues.hasMoreElements() && elemkeys.hasMoreElements()){
			System.out.print(elemkeys.nextElement()+":");
			System.out.println(elemvalues.nextElement());
		}

更多详情看源码或戳这里。

三、LinkedHashMap

  • LinkedHashMap继承于HashMap，不同于HashMap，采用的是双向链表方式实现，并且定义了迭代顺序，默认顺序为插入元素的顺序。
  • LinkedHashMap还提供了一个可以指定是默认排序（插入排序）还是按照访问排序的构造方法，如下：
    • public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor, boolean accessOrder)
      • initialCapacity：初始容量，默认为16
      • loadFactor：装载因子，默认为0.75
      • accessOrder：true，按照访问排序；false，按照插入排序
        • 访问排序采用的是LRU最近最少使用的调度算法
  • HashMap可以向Entry的key和value存入null，LinkedHashMap也允许插入null键和null值。
  • 不是线程同步类。如果多线程同时访问LinkedHashMap，并且至少有一个线程会对其修改，则必须采用外部同步，如synchronized同步方法或synchronized同步块。还有种方法就是采用Collections工具类中的synchronizedMap()方法，如：
    • Map m = Collections.synchronizedMap(new LinkedHashMap(Object));

 LinkedHashMap默认为插入顺序排序，HashMap为无序：

public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		Map<String, String> linkmap = new LinkedHashMap<String, String>();
		linkmap.put("zd", "zd");
		linkmap.put("age", "21");
		linkmap.put("sex", "girl");
		linkmap.put("zt", "zt");
		linkmap.put("age", "22");
		for(Entry<String, String> entry:linkmap.entrySet()){
			System.out.println(entry.getKey()+":"+entry.getValue());
		}
		System.out.println("===========================");
		Map<String, String> hashmap = new HashMap<String, String>();
		hashmap.put("zd", "zd");
		hashmap.put("age", "21");
		hashmap.put("zt", "zt");
		hashmap.put("age", "22");
		hashmap.put("sex", "girl");
		for(Entry<String, String> entry:hashmap.entrySet()){
			System.out.println(entry.getKey()+":"+entry.getValue());
		}
	}

结果展示：

更多详情看源码或者戳这里。

三、ConcurrentHashMap

  • ConcurrentHashMap是since JDK1.5；
  • ConcurrentHashMap是线程同步的；
  • ConcurrentHashMap将数据分为多个segment，默认16个；
  • ConcurrentHashMap允许多个修改操作并发进行，因为每次只锁相应的segment，除类似size()和containsValue()方法等需要锁住整个hash表。

更多详情看源码或者戳这里。

优秀博文：http://www.cnblogs.com/yydcdut/p/3959815.html

四、TreeMap

  • TreeMap通过红黑树算法实现；
  • TreeMap是有序的，可通过实现Comparator接口实现定制排序方式。

红黑树5点规定： 

  1. 每个节点都只能是红色或者黑色
  2. 根节点是黑色
  3. 每个叶节点（NIL节点，空节点）是黑色的。
  4. 如果一个结点是红的，则它两个子节点都是黑的。也就是说在一条路径上不能出现相邻的两个红色结点。
  5. 从任一节点到其每个叶子的所有路径都包含相同数目的黑色节点。

更多详情请戳这里，本人觉得讲的很详细，对红黑树也作了详细的阐述。

五、EnumMap

    EnumMap是专门为枚举类型量身定做的Map实现。虽然使用其它的Map实现（如HashMap）也能完成枚举类型实例到值得映射，但是使用EnumMap会更加高效：它只能接收同一枚举类型的实例作为键值，并且由于枚举类型实例的数量相对固定并且有限，所以EnumMap使用数组来存放与枚举类型对应的值。这使得EnumMap的效率非常高。

    提示：EnumMap在内部使用枚举类型的ordinal()得到当前实例的声明次序，并使用这个次序维护枚举类型实例对应值在数组的位置。

    下面是使用EnumMap的一个代码示例。枚举类型DataBaseType里存放了现在支持的所有数据库类型。针对不同的数据库，一些数据库相关的方法需要返回不一样的值，示例中getURL就是一个。

//现支持的数据库类型枚举类型定义

public enum DataBaseType{
    MYSQL,ORACLE,DB2,SQLSERVER
}

//DataBaseInfo类中定义的获取数据库URL的方法以及EnumMap的声明。

public class DataBaseInfo{
    private EnumMap<DataBaseType, String> urls = new EnumMap<DataBaseType, String>(DataBaseType.class);
    public DataBaseInfo(){
        urls.put(DataBaseType.DB2,"jdbc:db2://localhost:5000/sample");
        urls.put(DataBaseType.MYSQL,"jdbc:mysql://localhost/mydb");
        urls.put(DataBaseType.ORACLE,"jdbc:oracle:thin:@localhost:1521:sample");
        urls.put(DataBaseType.SQLSERVER,"jdbc:microsoft:sqlserver://localhost:1433;DatabaseName=mydb");
    }
}
/**
* 根据不同的数据库类型，返回对应的URL
* @param type DataBaseType枚举类新实例
*/
public String getURL(DataBaseType type){
    return this.urls.get(type);
}

在实际使用中，EnumMap对象urls往往是由外部负责整个应用初始化的代码来填充的。

 

该博文仅作为复习记录，大多数原理及源码解释已给出链接，优秀博客需要一起共赏。最后，若有错误，望纠正。

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