Java集合類——Map

ahiru?發表於2019-03-12
Java

Map介面

Map集合類用於儲存元素對（key-value），其中每個key對映到一個value，通過key來查詢value。

常用方法介紹：

初始化一個map：

Map<key, value>map = new HashMap<key, value>();

  • 插入元素：map.put("key", "value");
  • 獲取元素：map.get("key");
  • 移除元素：map.remove("key");
  • 清空map：map.clear;
  • map的k-v對數量：map.size();

map的大部分操作都是根據key來操作，key是唯一的。

HashMap

HashMap是一個雜湊的、無序的key-value集合。HashSet的key只能為引用資料型，不能為基本資料型別，可以使用基本資料型別的包裝類，如Integer、Double等。

HashMap的儲存結構是由陣列和連結串列共同完成的。

Java集合類——Map

由上圖可知，HashMap的Y軸方向是陣列，X軸方向就是連結串列的儲存方式。

HashMap基本原理

  • 首先判斷key是否為null，如果為null，直接查詢Entry[0]，如果不是null，先計算key的HashCode，然後經過二次hash，得到hash值。
  • 根據hash值找到對應的陣列，index=hash%(Entry.length-1)，找到陣列的下標
  • 找到對應的陣列，就是找到陣列所在的連結串列，然後按照連結串列的操作對value進行插入、刪除和查詢操作。

put方法解析

一開始看put方法的原始碼真的是看的頭暈了。。看了網上的解析，自己跟著重新讀一遍原始碼。

首先要重點關注的點有：

  • HashMap的底層資料結構是陣列+連結串列，結構可看圖一。
  • HashMap的陣列的某一位置的連結串列當長度大於8時，連結串列會轉化成紅黑樹。

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

//第一個引數hash：對key做了hash，如果key為null，hash=0；
//第二、三個引數分別為key和value
//第四個引數：如果為true，說明key相同時，不覆蓋舊的value，false則覆蓋value
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
               boolean evict) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;

//第一次put的時候，陣列為空，類似於初始化陣列
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
        n = (tab = resize()).length;

//節點要插入的陣列位置（通過(陣列長度-1)%hash確定索引），如果為空的話，直接初始化node，並放在這個位置上
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);

//該位置上有資料了
    else {
        Node<K,V> e; K k;
        //判斷第一個資料的hash、key和我們要插入的是否相等
        //如果相等，就取出該節點,e記錄了該key相同的節點
        if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            e = p;

        //判斷該節點是否紅黑樹，如果是紅黑樹，就用紅黑樹的方法插入
        else if (p instanceof TreeNode)
            e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);

        //如果不是紅黑樹，說明還是連結串列
        else {
            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                //判斷是否到連結串列尾，是就在表尾插入該節點
                if ((e = p.next) == null) {
                    p.next = newNode(hash, key, value, null);
                    //如果插入後連結串列長度>8，則把連結串列轉換為紅黑樹
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                        treeifyBin(tab, hash);
                    break;
                }
                //如果在遍歷連結串列過程中發現key相同的節點，就結束迴圈，e記錄當前節點位置
                if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    break;
                p = e;
            }
        }

        //如果e不為空，說明有key相同的節點
        if (e != null) { // existing mapping for key
            V oldValue = e.value;
            //對該節點進行值覆蓋，返回舊節點的值
            if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                e.value = value;
            afterNodeAccess(e);
            return oldValue;
        }
    }
    ++modCount;
    if (++size > threshold)
        resize();
    afterNodeInsertion(evict);
    return null;
}複製程式碼

get方法解析

get方法的理解比put方法的理解簡單。。

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

//第一個引數，對key做hash，第二個引數為key
final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;

    //陣列不為空
    //第一個節點不能為空
    if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
        (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
        //判斷第一個節點是否我們要get的節點
        if (first.hash == hash && // always check first node
            ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            return first;
        
        if ((e = first.next) != null) {
            //看當前節點是否屬於紅黑樹，如果是，則用紅黑樹的方法去get
            if (first instanceof TreeNode)
                return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
            //遍歷連結串列
            do {
                //如果找到key相同的節點，則返回節點
                if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    return e;
            } while ((e = e.next) != null);
        }
    }
    return null;
}複製程式碼

HashTable

HashTable跟HashMap都實現了Map介面，但兩者都幾個小區別：

  • HashTable不接受key為null和value為null。而HashMap接受空的key和value。
  • HashTable是synchronized的，它的put操作和get操作都會加鎖，這意味著它是執行緒安全的。而HashMap是非synchronized。

HashMap可以通過以下方法變成同步：

Map m = Collections.synchronizeMap(HashMap);

TreeMap

TreeMap是一個有序的k-v集合，是通過紅黑樹實現的，預設按照key的升序排序。

Map的四種遍歷方式

通過for迴圈map.keySet()，然後通過key獲取value

for(String s:map.keySet()){
    System.out.println("key : "+s+" value : "+map.get(s));
}複製程式碼

通過for迴圈只遍歷key或value

for(String s1:map.keySet()){//遍歷map的鍵
    System.out.println("key ："+s1);
}
for(String s2:map.values()){//遍歷map的值
    System.out.println("value ："+s2);
}複製程式碼

Map.Entry
通過for迴圈遍歷

for(Map.Entry<String, String> entry : map.entrySet()){
    System.out.println("key ："+entry.getKey()+" value ："+entry.getValue());
}複製程式碼

迭代器遍歷

Iterator<Map.Entry<String, String>> it=map.entrySet().iterator();
    while(it.hasNext()){
        Map.Entry<String, String> entry=it.next();
        System.out.println("key ："+entry.getKey()+" value ："+entry.getValue());
}複製程式碼


參考資料：

Java基礎系列之(三) - HashMap深度分析


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