从源码中学习Java集合中的Map集合，深入理解，才能醍醐灌顶

零基础学习Java之Map集合

• • 概述
  • Map的使用
  • • 常用方法介绍
    • Map集合的遍历
    • 代码示例
  • Map的实现类
  • • HashMap
    • TreeMap
    • LinkedHashMap
    • Properties

概述

上一个文章说到非常常用的Set集合。从文章中我们知道Set集合有序的单列集合，它固然可以解决生活中很多的问题，但是在我们集合中的元素并不都是孤立存在的单个元素，有一些会存在一定的对应关系（映射关系），比如在学校里，我们的的学号和学生的对应关系等。所以呢，Java又专门设计了Map接口，通过这个接口实现的集合类的元素是有对应关系（映射关系）的元素，它们又被称为键值对，通过对应的键可以找到对应的值。

Map接口的特点：

• 元素是成对存在的，它们又被称为键值对（key和value），通过键可以找对所对应的值；（又被称为双列集合）
• 集合中的元素是无序；
• Map中的集合键不能重复，但是值是可以重复的；每个键可以映射至多一个值；
• Map中的集合的值可以是单个值，也可以是数组或集合；

Map的使用

常用方法介绍

不同于Set这类的单列集合，Map作为双列集合，其方法自然有很多与单列集合是不一样的。下面对Map中常用的方法进行介绍：

• boolean isEmpty()： 判断集合是否为空，返回true表示空集合；
• boolean containsKey(Object key)：判断集合中是否存在指定的key值
• boolean containsValue(Object value)：判断集合中是否存在指定的value值，返回 true表示存在指定的值的一个或多个键；
• V get(Object key)：返回指定的键映射的值，如果这个Map不包含的键映射返回null；
• V put(K key, V value)：添加key及其映射，如果key已经存在，则替换为新的映射（新的value）;
• void putAll(Map<? extends K,? extends V> m)：将一个新的Map集合直接添加到Map集合中；
• -V remove(Object key)：删除集合中指定key值的映射；
• void clear()：移除集合中所有的映射；
• Set keySet()：返回一个该集合中key值的Set的集合视图；
• Collection values()：返回一个该集合总value值的集合视图；
• Set<Map.Entry<K,V>> entrySet()：返回集合中包含的映射的一个集合视图 ；
• int size()：返回集合的大小

Map集合的遍历

不同于Set这类单列集合，Map的遍历并不支持foreach，这是因为其没有继承java.lang.Iterable接口，也没有实现Iterator iterator()方法。所以它只能采取下面的方式来进行元素的遍历：

• 单独遍历key值和value值
• 通过Map.Entry（Map的接口）的实现类来遍历映射关系；

代码示例

import java.util.Collection;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Set;

public class MapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建hashmap集合
        Map<String,String> hashMap1 = new HashMap<>();
        Map<String,String> hashMap2 = new HashMap<>();

        //添加元素 put(K key,V value)
        hashMap1.put("张三","jack");
        hashMap1.put("李四","marry");
        hashMap2.put("王五","lucy");
        hashMap2.put("赵六","bob");


        System.out.println(hashMap1);
        System.out.println(hashMap2);

        //添加元素 putAll(Map<? extends K,? extends V> m)
        hashMap1.putAll(hashMap2);

        System.out.println(hashMap1);

        //删除元素 remove(Object key) remove(Object key, Object value)
        hashMap1.remove("王五");
        hashMap1.remove("王五","lucy");

        System.out.println(hashMap1);

        //删除元素 void clear()
        hashMap2.clear();

        //元素查询的操作 get(Object key)
        String get = hashMap1.get("赵六");
        System.out.println(get);

        //元素查询的操作 containsKey(Object key)
        boolean containsKey = hashMap1.containsKey("王五");
        System.out.println(containsKey);

        //元素查询的操作 containsValue(Object value)
        boolean containsValue = hashMap1.containsValue("jack");
        System.out.println(containsValue);

        //元素查询的操作
        boolean empty = hashMap2.isEmpty();
        System.out.println(empty);

        //元视图操作的方法 keySet()
        Set<String> keySet = hashMap1.keySet();
        System.out.println(keySet);

        //遍历key
        for(String key : keySet){
            System.out.println(key);
        }

        //元视图操作的方法 values()
        Collection<String> values = hashMap1.values();
        System.out.println(values);

        //遍历value
        for(String value : values){
            System.out.println(value);
        }


        //元视图操作的方法 entrySet()
        Set<Map.Entry<String, String>> entries = hashMap1.entrySet();
        System.out.println(entries);

        //成对遍历
        for(Map.Entry<String, String> entry : entries){
            System.out.println(entry);
        }

        //集合大小 size()
        int size = hashMap1.size();
        System.out.println(size);


    }
}

Map的实现类

Map接口也有很多的实现类，但是下面我们只介绍常用的实现类，比如：HashMap、TreeMap、LinkedHashMap和Properties。下面对他们分别进行介绍。

HashMap

HashMap是哈希表（散列表），HashMap 实现了 Map 接口，根据键的 HashCode 值存储数据，具有很快的访问速度，最多允许一条记录的键为 null，不支持线程同步（线程不安全的）。

HashMap的源码如下：

public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {
    ... //省略了一部分代码
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16 ，初始化容量
    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;//最大容量
    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;//默认容量负载
	
	// 当添加元素使得对应链表长度达到8时将链表转换为红黑树
	static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
	//删除元素使得对应链表长度小于6时将链表转换为链表
	static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
	//最小树的容量
	static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
	//存储元素的数组
	transient Node<K,V>[] table;
	//缓存entrySet().
	transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;
	//版本迭代的次数
	 transient int modCount;
	//临界值(用来判断是否进行扩容用的)
	int threshold;
	//填充比
	final float loadFactor;

	/*
		HashMap的扩容机制
	*/
	final Node<K,V>[] resize() {	
        Node<K,V>[] oldTab = table;
        int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
        int oldThr = threshold; //旧表长度为临界值
        int newCap, newThr = 0;
		
	//如果旧表的长度不是空
        if (oldCap > 0) {
            if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
                threshold = Integer.MAX_VALUE;
                return oldTab;
            }
	//把新表的长度设置为旧表长度的两倍，newCap=2*oldCap
            else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                     oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
	      //把新表设置为旧表的两倍
                newThr = oldThr << 1; // newThr=oldThr*2
        }
     //如果旧表的长度的是0，就是说第一次初始化表
        else if (oldThr > 0) // 初始容量设置为阈值
            newCap = oldThr;
        else {               // 零初始阈值表示使用默认值
            newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
            newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
        }
		
		
		
        if (newThr == 0) {
            float ft = (float)newCap * loadFactor;//新表长度乘以负载因子
            newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                      (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
        }
        threshold = newThr;
        @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
	//然后构造新表，初始化表中的数据
        Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
        table = newTab;//把新表赋值给table
        if (oldTab != null) {//原表不是空要把原表中数据移动到新表中	
            //遍历原来的旧表		
            for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
                Node<K,V> e;
                if ((e = oldTab[j]) != null) {
                    oldTab[j] = null;
                    if (e.next == null)//说明这个node没有链表直接放在新表的e.hash & (newCap - 1)位置
                        newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                    else if (e instanceof TreeNode)
                        ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
	//如果e后边有链表,到这里表示e后面带着个单链表，需要遍历单链表，将每个结点重
                    else { // preserve order保证顺序新计算在新表的位置，并进行搬运					
                        Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                        Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                        Node<K,V> next;
						
                        do {
                            next = e.next;//记录下一个结点
			  //新表是旧表的两倍容量，实例上就把单链表拆分为两队，
　　　　　　　　　　　　　　//e.hash&oldCap为偶数一队，e.hash&oldCap为奇数一对
                            if ((e.hash & oldCap) == 0) {
                                if (loTail == null)
                                    loHead = e;
                                else
                                    loTail.next = e;
                                loTail = e;
                            }
                            else {
                                if (hiTail == null)
                                    hiHead = e;
                                else
                                    hiTail.next = e;
                                hiTail = e;
                            }
                        } while ((e = next) != null);
						
                        if (loTail != null) {//lo队不为null，放在新表原位置
                            loTail.next = null;
                            newTab[j] = loHead;
                        }
                        if (hiTail != null) {//hi队不为null，放在新表j+oldCap位置
                            hiTail.next = null;
                            newTab[j + oldCap] = hiHead;
                        }
                    }
                }
            }
        }
        return newTab; //返回新表
    }

	/*
		HashMap的常用方法的源码
	*/
	//get方法
	 public V get(Object key) {
        Node<K,V> e;
        //调用了getNode，使用三元运算符比较
        return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
    }

	//containsKey
	public boolean containsKey(Object key) {
		//调用了getNode
        return getNode(hash(key), key) != null;
    }
    
    final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
            (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
            if (first.hash == hash && // 始终检查第一个节点
                ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                return first;
            if ((e = first.next) != null) {
                if (first instanceof TreeNode)
                    return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
                do {
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        return e;
                } while ((e = e.next) != null);
            }
        }
        return null;
    }
    
	//put方法
	public V put(K key, V value) {
		//调用了putVal方法
        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;
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        else {
            Node<K,V> e; K k;
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
            else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    if ((e = p.next) == null) {
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            treeifyBin(tab, hash);
                        break;
                    }
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    p = e;
                }
            }
            if (e != null) { // existing mapping for key
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;
        if (++size > threshold)
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }
	
	//remove方法
	 public V remove(Object key) {
        Node<K,V> e;
        //调用了removeNode方法
        return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ?
            null : e.value;
    }
    
	 final Node<K,V> removeNode(int hash, Object key, Object value,
                               boolean matchValue, boolean movable) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, index;
        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
            (p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
            Node<K,V> node = null, e; K k; V v;
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                node = p;
            else if ((e = p.next) != null) {
                if (p instanceof TreeNode)
                    node = ((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash, key);
                else {
                    do {
                        if (e.hash == hash &&
                            ((k = e.key) == key ||
                             (key != null && key.equals(k)))) {
                            node = e;
                            break;
                        }
                        p = e;
                    } while ((e = e.next) != null);
                }
            }
            if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||
                                 (value != null && value.equals(v)))) {
                if (node instanceof TreeNode)
                    ((TreeNode<K,V>)node).removeTreeNode(this, tab, movable);
                else if (node == p)
                    tab[index] = node.next;
                else
                    p.next = node.next;
                ++modCount;
                --size;
                afterNodeRemoval(node);
                return node;
            }
        }
        return null;
    }

	//clear
	    public void clear() {
        Node<K,V>[] tab;
        modCount++;
        if ((tab = table) != null && size > 0) {
            size = 0;
            for (int i = 0; i < tab.length; ++i)
                tab[i] = null;
        }
    }

	//containsValue
   public boolean containsValue(Object value) {
        Node<K,V>[] tab; V v;
        if ((tab = table) != null && size > 0) {
            for (int i = 0; i < tab.length; ++i) {
                for (Node<K,V> e = tab[i]; e != null; e = e.next) {
                    if ((v = e.value) == value ||
                        (value != null && value.equals(v)))
                        return true;
                }
            }
        }
        return false;
    }
		

从上面的源码中我们可以看到：

• hash表默认大小为16（即Node数组大小16），如果Node[]数组中的元素达到阈值，重新调整HashMap大小使其变为原来的2倍
• 然后是HashMap的一些常见的方法的源码介绍

TreeMap

TreeMap基于红黑树（Red-Black tree） 实现的。该映射根据其键的自然顺序进行排序，或者根据创建映射时提供的 Comparator 进行排序，其具体取决于使用的构造方法。

相对于源码，TreeMap的排序更值得我们关注，下面对其排序举例子说明

import org.junit.Test;
import java.util.Comparator;
import java.util.Map;
import java.util.Set;


public class TreeMap {

    @Test
    public void test1(){
        //创建集合
        Map<String, Integer> treemap = new java.util.TreeMap<>();

        //添加元素
        treemap.put("Jack", 11000);
        treemap.put("Alice", 12000);
        treemap.put("Lucy", 15000);
        treemap.put("bob", 14000);
        treemap.put("Bo", 14000);

        //String实现了Comparable接口，默认按照Unicode编码值排序
        Set<Map.Entry<String, Integer>> entrySet = treemap.entrySet();
        for (Map.Entry<String, Integer> entry : entrySet) {
            System.out.println(entry);
        }
    }

    @Test
    public void test2(){
        //指定定制比较器Comparator，按照Unicode编码值排序，但是忽略大小写
        Map<String, Integer> treemap = new java.util.TreeMap<>(new Comparator<String>() {
            @Override
            public int compare(String o1, String o2) {
                return o1.compareToIgnoreCase(o2);
            }
        });

        //添加元素
        treemap.put("Jack", 11000);
        treemap.put("Alice", 12000);
        treemap.put("Lucy", 15000);
        treemap.put("bob", 14000);
        treemap.put("Bo", 14000);

        //String实现了Comparable接口，忽略Unicode编码值的大小写排序
        Set<Map.Entry<String, Integer>> entrySet = treemap.entrySet();
        for (Map.Entry<String, Integer> entry : entrySet) {
            System.out.println(entry);
        }

    }
}

LinkedHashMap

LinkedHashMap 是 HashMap 的子类。与 HashMap 不同的是，LinkedHashMap 是有序的，这解决了HashMap 无序这一缺点造成的诸多不便。其顺序通常就是将键插入到映射中的顺序（也可以是访问顺序）。

相对于源码，LinkedHashMap的元素顺序更值得我们关注，这里对其顺序举例说明：

import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Set;

public class LinkedMapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建hashmap集合
        Map<String,String> linkedHashMap = new LinkedHashMap<>();

        //添加元素
        linkedHashMap.put("张三","jack");
        linkedHashMap.put("李四","marry");

        //key相同，新的value会覆盖原来的value
        //因为String重写了hashCode和equals方法
        linkedHashMap.put("李四","marry11");

        //HashMap支持key和value为null值
        linkedHashMap.put("王五",null);
        linkedHashMap.put(null, "lucy");

        //输出结果
        Set<Map.Entry<String, String>> entries = linkedHashMap.entrySet();
        for (Map.Entry<String,String> entry : entries){
            System.out.println(entry);
        }
        
    }
}

Properties

Properties 类是 Hashtable 的子类，Properties 可保存在流中或从流中加载。属性列表中每个键及其对应值都是一个字符串。该类主要用于读取Java的配置文件，不同的编程语言有自己所支持的配置文件，配置文件中很多变量是经常改变的，为了方便用户的配置，能让用户够脱离程序本身去修改相关的变量设置。就像在Java中，其配置文件常为.properties文件，是以键值对的形式进行参数配置的。