Java数据集合类(Map接口使用)

一、Map概述

• Map与Collection并列存在。用于保存具有映射关系的数据:key-value
• Map中的key和value都可以是任何引用类型的数据
• Map中的key用set来存放，不允许重复，即同一个Map对象所对应的类，须重写 hashCode()和 equals()方法
• 常用 String类作为Map的“键”
• key和value之间存在单向一对一关系，即通过指定的key总能找到唯一的、确定的value
• Map接口的常用实现类:HashMap、TreeMap、LinkedHashMap和Properties。其中，HashMap是Map接口使用频率最高的实现类

|----Map:双列数据，存储key-value对的数据   ---类似于高中的函数：y = f(x)
     |----HashMap:作为Map的主要实现类；线程不安全的，效率高；存储null的key和value
          |----LinkedHashMap:保证在遍历map元素时，可以照添加的顺序实现遍历。
                    原因：在原的HashMap底层结构基础上，添加了一对指针，指向前一个和后一个元素。
                    对于频繁的遍历操作，此类执行效率高于HashMap。
     |----TreeMap:保证照添加的key-value对进行排序，实现排序遍历。此时考虑key的自然排序或定制排序
                      底层使用红黑树
     |----Hashtable:作为古老的实现类；线程安全的，效率低；不能存储null的key和value
          |----Properties:常用来处理配置文件。key和value都是String类型


HashMap的底层： 数组+链表  （JDK 7.0及之前)
               数组+链表+红黑树 （JDK 8.0以后) 

存储的理解：

• Map中的key:无序的、不可重复的，使用Set存储所的key ---> key所在的类要重写equals()和hashCode() （以HashMap为例)
• Map中的value:无序的、可重复的，使用Collection存储所的value --->value所在的类要重写equals()
• 一个键值对：key-value构成了一个Entry对象。
• Map中的entry:无序的、不可重复的，使用Set存储所的entry

二、Map常用方法

添加、删除、修改操作：

Object put(Object key,Object value)：将指定key-value添加到(或修改)当前map对象中
void putAll(Map m):将m中的所有key-value对存放到当前map中
Object remove(Object key)：移除指定key的key-value对，并返回value
void clear()：清空当前map中的所有数据

元素查询的操作

Object get(Object key)：获取指定key对应的value
boolean containsKey(Object key)：是否包含指定的key
boolean containsValue(Object value)：是否包含指定的value
int size()：返回map中key-value对的个数
boolean isEmpty()：判断当前map是否为空
boolean equals(Object obj)：判断当前map和参数对象obj是否相等

遍历：

Set keySet()：返回所有key构成的Set集合
Collection values()：返回所有value构成的Collection集合
Set entrySet()：返回所有key-value对构成的Set集合

 Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
        map.put("AA", 123);
        map.put("ZZ", 251);
        map.put("CC", 110);
        map.put("RR", 124);
        map.put("FF", 662);
        for (Object key : map.keySet()) {
            System.out.print(key+" ");
        }
        for (Object value : map.values()) {
            System.out.print(value+" ");
        }
        for (Map.Entry<String,Integer> m: map.entrySet()) {
            System.out.println(m.getKey()+" - "+m.getValue());
        }

三、HashMap

• HashMap是Map接口使用频率最高的实现类。

• 允许使用null键和null值，与 HashSet一样，不保证映射的顺序。

• 所有的key构成的集合是set：无序的、不可重复的。所以，key所在的类要重写equals()和 hashCode()

• 所有的value构成的集合是Collection：无序的、可以重复的。所以，value所在的类要重写:equals()

• 一个key-value构成一个entry

• 所有的entry构成的集合是Set：无序的、不可重复的

• HashMap判断两个key相等的标准是：两个key通过equals()方法返回true，hashCode值也相等。

• HashMap判断两个value相等的标准是：两个value通过equals()方法返回true.

1、HashMap底层的实现原理（JDK7）

HashMap map = new HashMap():

map.put(key1,value1):

• 首先，调用key1所在类的hashCode()计算key1哈希值，此哈希值经过某种算法计算以后，得到在Entry数组中的存放位置。

• 如果此位置上的数据为空，此时的key1-value1添加成功。 ----情况1

• 如果此位置上的数据不为空，(意味着此位置上存在一个或多个数据(以链表形式存在)),比较key1和已经存在的一个或多个数据的哈希值：

  • 如果key1的哈希值与已经存在的数据的哈希值都不相同，此时key1-value1添加成功。----情况2

  • 如果key1的哈希值和已经存在的某一个数据(key2-value2)的哈希值相同，继续比较：调用key1所在类的equals(key2)方法，比较：

    • 如果equals()返回false:此时key1-value1添加成功。----情况3

    • 如果equals()返回true:使用value1替换value2。(put有修改的功能)

（情况2和3都是用链表存储）

在不断的添加过程中，会涉及到扩容问题，当超出临界值(且要存放的位置非空)时，扩容。默认的扩容方式：扩容为原来容量的2倍，并将原有的数据复制过来。

2、JDK 8.0与JDK 7.0中HashMap底层的变化

• new HashMap():底层没有创建一个长度为16的数组

• JDK 8.0底层的数组是：Node[],而非Entry[]

• 首次调用put()方法时，底层创建长度为16的数组

• JDK 7.0底层结构只有：数组+链表。JDK 8.0中底层结构：数组+链表+红黑树。

  • 形成链表时，七上八下（jdk7:新的元素指向旧的元素。jdk8：旧的元素指向新的元素）
  • 当数组的某一个索引位置上的元素以链表形式存在的数据个数 > 8 且当前数组的长度 > 64时，此时此索引位置上的所数据改为使用红黑树存储。

3、LinkedHashMap

• LinkedHashMap底层使用的结构与HashMap相同，因为LinkedHashMap继承于HashMap.
• 区别就在于：LinkedHashMap内部提供了Entry(添加before和after)，替换HashMap中的Node.
• 与LinkedhashSet类似，LinkedHashMap可以维护Map的迭代顺序：迭代顺序与Key-value对的插入顺序一致

四、TreeMap

• TreeMap存储Key-Value时，需要根据key-value对进行排序。TreeMap可以保证所有的 Key-Value对处于有序状态。

• TreeSet底层使用红黑树结构存储数据

• TreeMap的Key的排序:

  • 自然排序： TreeMap的所有的Key必须实现Comparable接口，而且所有的Key应该是同一个类的对象.
  • 定制排序：创建 TreeMap时，传入一个 Comparator对象，该对象负责对TreeMap中的所有key进行排序。此时不需要Map的Key实现Comparable接口

• TreeMap判断两个key相等的标准：两个key通过 compareTo()方法或者compare()方法返回0.

五、Hashtable

• Hashtable是个古老的Map实现类，JDK1.0就提供了。不同于 HashMap，Hashtable是线程安全的.

• Hashtable实现原理和HashMap相同，功能相同。底层都使用哈希表结构，查询速度快，很多情况下可以互用

• 与HashMap.不同，Hashtable不允许使用null作为key和value.

• 与HashMap一样，Hashtable也不能保证其中Key-value对的顺序.

• Hashtable判断两个key相等、两个value相等的标准，与HashMap-致.

Properties是Hashtable的子类

• 该对象用于处理属性文件

• 由于属性文件里的key、value都是字符串类型，所以Properties里的key和value都是字符串类型

• 存取数据时，建议使用setProperty(String key,String value)方法和getProperty(String key)方法

Properties pros = new Properties();

fis = new FileInputStream("jdbc.properties");
pros.load(fis);//加载流对应的文件

String name = pros.getProperty("name");
String password = pros.getProperty("password");

六、Collections工具类

• Collections是一个操作Set、Lit和Map等集合的工具类（区别于Collection，是一个接口）
• Collections中提供了一系列静态的方法对集合元素进行排序、査询和修改等操作，还提供了对集合对象设置不可变、对集合对象实现同步控制等方法

常用方法:

• reverse(List)：反转 List 中元素的顺序
• shuffle(List)：对 List 集合元素进行随机排序
• sort(List)：根据元素的自然顺序对指定 List 集合元素升序排序
• sort(List，Comparator)：根据指定的 Comparator 产生的顺序对 List 集合元素进行排序
• swap(List，int， int)：将指定 list 集合中的 i 处元素和 j 处元素进行交换

• Object max(Collection)：根据元素的自然顺序，返回给定集合中的最大元素
• Object max(Collection，Comparator)：根据 Comparator 指定的顺序，返回给定集合中的最大元素
• Object min(Collection)
• Object min(Collection，Comparator)
• int frequency(Collection，Object)：返回指定集合中指定元素的出现次数
• void copy(List dest,List src)：将src中的内容复制到dest中
• boolean replaceAll(List list，Object oldVal，Object newVal)：使用新值替换 List 对象的所旧值

• binarySearch(Collection,Object)方法的使用(含义：查找指定集合中的元素，返回所查找元素的索引)

同步方法：

Collections 类中提供了多个 synchronizedXxx() 方法，该方法可使将指定集合包装成线程同步的集合，从而可以解决多线程并发访问集合时的线程安全问题

List List list1 = Collections.synchronizedList(list);   //返回的list1即为线程安全的

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