详解Map集合（重点HashMap）

Dear 丶 2024-03-25 23:22 117阅读 0赞

### 一、Map集合的特点 ###

1.Map是一个双列集合，一个元素包含两个值（一个key，一个value）

2.Map集合中的元素，key和value的数据类型可以相同，也可以不同

3.Map中的元素，key不允许重复，value可以重复

4.Map里的key和value是一一对应的。

### 二、Map中的方法 ###

①.put(K key, V value) 将键（key）/值（value）映射存放到Map集合中

public class Test {
        public static void main(String[] args) {
            HashMap<String, Integer> map = new HashMap<String, Integer>();
            map.put("Tom", 100);//向HashMap中添加元素  
            map.put("Tom1", 700);//向HashMap中添加元素  
            map.put("Tom", 100);//向HashMap中添加元素   
            System.out.println(map);
        }
    }

运行结果：

![efe0ecdb82547846ee2ce34059480965.png][]

②.get(Object key) 返回指定键所映射的值，没有该key对应的值则返回 null，即获取key对应的value。

public class Test {
        public static void main(String[] args) {
            HashMap<String, Integer> map = new HashMap<String, Integer>();
            map.put("Tom", 100);
            map.put("Tom", 0);
            int score = map.get("Tom");// 获取key对应的value
            System.out.println(score);// key不允许重复，若重复，则覆盖已有key的value
        }
    }

运行结果：

![bb9991f3d05bab179983314ddcd2f08d.png][]

可知，之前加入的value已被覆盖，前面的观点得证

③. size() 返回Map集合中数据数量，准确说是返回key-value的组数。

public class Test {
        public static void main(String[] args) {
            HashMap<String, Integer> map = new HashMap<String, Integer>();
            map.put("Tom", 100);
            map.put("Jim", 90);
            map.put("Sam", 91);
            System.out.println(map);
            System.out.println(map.size());
        }
    }

运行结果：

![4cdef80b605424bde25b4b81388ff07d.png][]

④：clear() 清空Map集合

public class Test {
        public static void main(String[] args) {
            HashMap<String, Integer> map = new HashMap<String, Integer>();
            map.put("Tom", 100);
            map.put("Jim", 90);
            map.put("Sam", 91);
            map.clear();// 清空map中的key-value
            System.out.println(map.size());
        }
    }

运行结果：

![edba8568b89cf25a64e6e10e338d4bae.png][]

⑤：isEmpty () 判断Map集合中是否有数据，如果没有则返回true，否则返回false

public class Test {
        public static void main(String[] args) {
            HashMap<String, Integer> map = new HashMap<String, Integer>();
            map.put("Tom", 100);
            map.put("Jim", 90);
            map.put("Sam", 91);
            System.out.println(map.isEmpty());
            map.clear();// 清空map中的key-value
            System.out.println(map.isEmpty());
        }
    }

运行结果：

![4692c0ef93c69720207b90ba0d448ad2.png][]

⑥：remove(Object key) 删除Map集合中键为key的数据并返回其所对应value值。

public class Test {
        public static void main(String[] args) {
            HashMap<String, Integer> map = new HashMap<String, Integer>();
            map.put("Tom", 100);
            map.put("Jim", 90);
            map.put("Sam", 91);
            map.remove("Tom");
            System.out.println(map);
        }
    }

运行结果：

![422b383e3d483c50927c20258dbf910e.png][]

⑦：containsKey(Object key) Hashmap判断是否含有key

public class Test {
        public static void main(String[] args) {
            HashMap<String, Integer> map=new HashMap<>();
             /*boolean*///判断map中是否存在这个key
             System.out.println(map.containsKey("DEMO"));//false
             map.put("DEMO", 1);
             System.out.println(map.containsKey("DEMO"));//true
        }
    }

运行结果：

![aa5d9a1ededacfa788b0dd5b07db81de.png][]

⑧：containsValue(Object value) Hashmap判断是否含有value：

public class Test {
        public static void main(String[] args) {
            HashMap<String, Integer> map=new HashMap<>();
            /*boolean*///判断map中是否存在这个value
            System.out.println(map.containsValue(1));//false
            map.put("DEMO", 1);
            System.out.println(map.containsValue(1));//true
        }
    }

运行结果：

![0420fd085472e6aa53d1fdeaf9f2797b.png][]

⑨：Hashmap添加另一个同一类型的map下的所有数据

public class Test {
        public static void main(String[] args) {
            HashMap<String, Integer> map=new HashMap<>();
            HashMap<String, Integer> map1=new HashMap<>();
            /*void*///将同一类型的map添加到另一个map中
            map1.put("DEMO1", 1);
            map.put("DEMO2", 2);
            System.out.println(map);//{DEMO2=2}
            map.putAll(map1);
            System.out.println(map);//{DEMO1=1, DEMO2=2}
        }
    }

运行结果：

![985a5210bb74feb424e317944d7c31b0.png][]

⑩：Hashmap替换这个key的value

public class Test {
        public static void main(String[] args) {
            HashMap<String, Integer> map=new HashMap<>();
            /*value*///判断map中是否存在这个key
            map.put("DEMO1", 1);
            map.put("DEMO2", 2);
            System.out.println(map);//{DEMO1=1, DEMO2=2}
            System.out.println(map.replace("DEMO2", 1));//2
            System.out.println(map);//{DEMO1=1, DEMO2=1}
        }
    }

运行结果：

![786a08f03b030f42c5f51c5895ba9b1a.png][]

### 三、Map常用实现类 ###

（1）HashMap

![1a0d1959d8d79f901d8d0985cbbb9feb.png][]

（2）TreeMap

![1cff05bd1a883af464c505f20fd9a6bb.png][]

### 四、HashMap ###

##### （1）什么是HashMap？ #####

HashMap 数据结构为 数组+链表（JDk1.7），JDK1.8中增加了红黑树，其中：链表的节点存储的是一个 Entry 对象，每个Entry 对象存储四个属性（hash，key，value，next）

如图所示

![74ceae90efd4e9429c4998726aae2f29.png][]

##### （2）为什么要使用HashMap？ #####

对于要求查询次数特别多，查询效率比较高同时插入和删除的次数比较少的情况下，通常会选择ArrayList，因为它的底层是通过数组实现的。对于插入和删除次数比较多同时在查询次数不多的情况下，通常会选择LinkedList，因为它的底层是通过链表实现的。

但现在同时要求插入，删除，查询效率都很高的情况下我们该如何选择容器呢？

那么就有一种新的容器叫HashMap，他里面既有数组结构，也有链表结构，所以可以弥补相互的缺点。而且HashMap主要用法是get()和put() 。

##### （3）HashMap工作原理 #####

首先，初始化 HashMap，提供了有参构造和无参构造，无参构造中，容器默认的数组大小 initialCapacity 为 16，加载因子loadFactor 为0.75。容器的阈(yu)值为 initialCapacity \* loadFactor，默认情况下阈值为 16 \* 0.75 = 12; 后面会讲到阈值有啥用。

然后，这里我们拿 PUT 方法来做研究：

**第一步：**通过 HashMap 自己提供的hash 算法算出当前 key 的hash 值

**第二步：**通过计算出的hash 值去调用 indexFor 方法计算当前对象应该存储在数组的几号位置

**第三步：**判断size 是否已经达到了当前阈值，如果没有，继续；如果已经达到阈值，则先进行数组扩容，将数组长度扩容为原来的2倍。

**> 请注意：**size 是当前容器中已有 Entry 的数量，不是数组长度。

**第四步：**将当前对应的 hash，key，value封装成一个 Entry，去数组中查找当前位置有没有元素，如果没有，放在这个位置上；如果此位置上已经存在链表，那么遍历链表，如果链表上某个节点的 key 与当前key 进行 equals 比较后结果为 true，则把原来节点上的value 返回，将当前新的 value替换掉原来的value，如果遍历完链表，没有找到key 与当前 key equals为 true的，就把刚才封装的新的 Entry中next 指向当前链表的始节点，也就是说当前节点现在在链表的第一个位置，简单来说即，先来的往后退。

OK！现在，我们已经将当前的 key-value 存储到了容器中。

为什么我选择聊 PUT 方法？

因为 PUT 是操作HashMap的最基础操作，了解了 PUT 的机制后，再去看 API其他方法源码的时候你会有所眉目，你可以带着这种初知去探究 HashMap 的其他方法，你一定会豁然开朗。

##### （4）扩容机制 #####

HashMap 使用 “懒扩容” ，只会在 PUT 的时候才进行判断，然后进行扩容。

1.  将数组长度扩容为原来的2 倍

1.  将原来数组中的元素进行重新放到新数组中

需要注意的是，每次扩容之后，都要重新计算原来的 Entry 在新数组中的位置，为什么数组扩容了，Entry 在数组中的位置发生变化了呢？所以我们会想到计算位置的 indexFor 方法，为什么呢，我摘出了该方法的源码如下：

static int indexFor(int h, int length) { // h 为key 的 hash值；length 是数组长度
            return h & (length-1);  
     }

由源码得知，元素所在位置是和数组长度是有关系的，既然扩容后数组长度发生了变化，那么元素位置肯定是要发生变化了。HashMap 计算元素位置采用的是 &运算，不了解此运算的我在这里给个简单的例子：

###### **为什么 HashMap使用这种方式计算在数组中位置呢？** ######

> 按照我们的潜意识，取模就可以了。hashMap 用与运算主要是提升计算性能。这又带来一个新问题，为什么与运算要用 length -1 呢，回看 hashmap初始化的时候，数组长度 length必须是2的整次幂（如果手动传参数组长度为奇数n，hashMap会自动转换长度为距离n最近的2的整次幂数）， **只有这样， h & (length-1) 的值才会和 h % length 计算的结果是一样的。这就是它的原因所在。另外，当length是2的整次幂的时候，length-1的结果都是低位全部是1，为后面的扩容做了很好的准备，这里先不扯这个，先理解一下这个意思。**

我们来写个单元测试验证下：

public static void main(String[] args) {
        
        /**
         * 定义数组长度为2的整次幂，2^4
         */
        int    length  = 16; 
        
        /**
         * 定义key，并计算k的hash值
         */
        String k = "China";
        int h = k.hashCode();
        
        /**
         * 分别使用两种方式计算在数组中的位置
         */
        int index1 = h % length;
        int index2 = h & (length - 1);
        
        /**
         * 验证结果
         */
        System.out.println(index1 == index2);
        
            /**
             * 结果为 true
             */
    }

public static void main(String[] args) {
        
        /**
         * 假设数组长度不是2的整次幂，2^4-1
         */
        int    length  = 15; 
        
        /**
         * 定义key，并计算k的hash值
         */
        String k = "China";
        int h = k.hashCode();
        
        /**
         * 分别使用两种方式计算在数组中的位置
         */
        int index1 = h % length;
        int index2 = h & (length - 1);
        
        /**
         * 验证结果
         */
        System.out.println(index1 == index2);
        
        /**
         * 打印结果：false
         */
        
    }

##### （5）如何优化 HashMap？ #####

初始化 HashMap 的时候，我们可以自定义**数组容量**及**加载因子**的大小。所以，优化 HashMap 从这两个属性入手，但是，如果你不能准确的判别你的业务所需的大小，请使用默认值，否则，一旦手动配置的不合适，效果将适得其反。

**threshold = (int)( capacity \* loadFactor );**

**阈值 = 容量 X 负载因子；**

初始容量默认为16,负载因子(loadFactor)默认是0.75; map扩容后，要重新计算阈值；当元素个数 大于新的阈值时，map再自动扩容；以默认值为例，阈值=16\*0.75=12，当元素个数大于12时就要扩容；那剩下的4个数组位置还没有放置对象就要扩容，造成空间浪费，所以要进行时间和空间的折中考虑；

loadFactor**过大**时，map内的数组使用率高了，内部极有可能形成Entry链，影响查找速度；

loadFactor**过小**时，map内的数组使用率较低，不过内部不会生成Entry链，或者生成的Entry链很短，

由此提高了查找速度，不过会占用更多的内存；所以可以根据实际硬件环境和程序的运行状态来调节loadFactor；

所以，务必合理的初始化 HashMap

##### （6）HashMap和HashTable 的异同？ #####

1.  二者的存储结构和解决冲突的方法都是**相同**的。

1.  HashTable在不指定容量的情况下的默认容量为**11**，而HashMap为**16**，Hashtable不要求底层数组的容量一定要为2的整数次幂，而HashMap则要求一定为2的整数次幂。

1.  HashTable 中 key和 value都**不允许为 null**，而HashMap中key和value**都允许**为 null（key只能有一个为null，而value则可以有多个为 null）。但是如果在 Hashtable中有类似 put( null, null)的操作，编译同样可以通过，因为 key和 value都是Object类型，但运行时会抛出 NullPointerException异常。

1.  Hashtable扩容时，将容量变为原来的**2倍+1**，而HashMap扩容时，将容量变为原来的**2倍**。

1.  Hashtable计算hash值，直接用key的hashCode()，而HashMap重新计算了key的hash值，Hashtable在计算hash值对应的位置索引时，用 %运算，而 HashMap在求位置索引时，则用 **&**运算。

参考博客：[https://blog.csdn.net/weixin\_35586546/article/details/81153793][https_blog.csdn.net_weixin_35586546_article_details_81153793]

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