集合之Map接口

Map接口概述

Map與Collection並列存在。用於存儲具有映射關系的數據 : key-value

• Map 中的 key 和 value 都可以是任何引用類型的數據
• Map 中的 key 用Set來存放，不允許重復，key所在的類須重寫hashCode()和equals()方法
• 常用String類作為Map的key
• key 和 value 之間存在單向一對一關系，即通過指定的 key 總能找到唯一的、確定的 value
• Map接口的常用實現類：HashMap、TreeMap、LinkedHashMap和Properties。其中，HashMap是 Map 接口使用頻率最高的實現類

常用實現類

• HashMap : 作為Map的主要實現類；線程不安全的，效率高，key可以為null

  • LinkedHashMap：保證在遍歷map元素時，可以照添加的順序實現遍歷。
    原理：在HashMap底層結構基礎上，添加了一對指針，指向 前一個和后一個元素。對於頻繁的遍歷操作，此類執行效率高於HashMap

• TreeMap：對添加的key-value對進行排序，實現排序遍歷。此時考慮key的自然排序或定制排序。底層使用紅黑樹

• Hashtable:作為古老的實現類；線程安全的，效率低；key和value都不能為null

底層實現原理（重要）

HashMap在jdk7中實現原理

HashMap map = new HashMap():
在實例化以后，底層創建了長度是16的一維數組Entry[] table

​ 首先，調用key1所在類的hashCode()計算key1哈希值，此哈希值經過某種算法計算以后，得到在 Entry數組中的存放位置。
如果此位置上的數據為空，此時的key1-value1添加成功。----情況1
如果此位置上的數據不為空，意味着此位置上存在一個或多個數據(以鏈表形式存在)，比較key1和已經存在的一個或多個數據的哈希值
​ 如果key1的哈希值與已經存在的數據的哈希值都不相同，此時key1-value1添加成功。----情況2

​ 如果key1的哈希值和已經存在的某一個數據(key2-value2)的哈希值相同，繼續比較：調用key1所在類的equals(key2)方法，如果equals()返回false：此時key1-value1添加成功。----情況3

如果equals()返回true，使用value1替換value2，put()中存在替換的功能。

補充：關於情況2和情況3：此時key1-value1和原來的數據以鏈表的方式存儲。

在不斷的添加過程中，會涉及到擴容問題，當超出臨界值(且要存放的位置非空)時，則會擴容。
默認的擴容方式：擴容為原來容量的2倍，並將原的數據復制過來。

HashMap在jdk8中的原理

1. new HashMap()：初始化時底層沒創建一個長度為16的數組
2. 首次調用put()方法時，底層創建長度為16的數組
3. jdk 8底層的數組是：Node[]，而非Entry[]
4. jdk7底層結構：數組+鏈表。jdk8中底層結構：數組+鏈表+紅黑樹。
   形成鏈表時，七上八下（jdk7:新的元素指向舊的元素。jdk8：舊的元素指向新的元素）

HashMap底層典型屬性的屬性的說明：

• DEFAULT_INITIAL_CAPACITY : HashMap的默認容量，16
• MAXIMUM_CAPACITY ： HashMap的最大支持容量，2^30
• DEFAULT_LOAD_FACTOR****：HashMap的默認加載因子
• TREEIFY_THRESHOLD****：Bucket中鏈表長度大於該默認值，轉化為紅黑樹
• UNTREEIFY_THRESHOLD****：Bucket中紅黑樹存儲的Node小於該默認值，轉化為鏈表
• MIN_TREEIFY_CAPACITY：桶中的Node被樹化時最小的hash表容量。（當桶中Node的數量大到需要變紅黑樹時，若hash表容量小於MIN_TREEIFY_CAPACITY時，此時應執行
• resize：擴容操作這個MIN_TREEIFY_CAPACITY的值至少是TREEIFY_THRESHOLD的4倍。
• table：存儲元素的數組，總是2的n次冪
• entrySet：存儲具體元素的集
• size：HashMap中存儲的鍵值對的數量
• modCount：HashMap擴容和結構改變的次數。
• **threshold****：擴容的臨界值，=容量*填充因子
• loadFactor：填充因子

存儲結構

​ HashMap的內部存儲結構其實是數組+鏈表+樹的結合。當實例化一個HashMap時，會初始化initialCapacity和loadFactor，在put第一對映射關系時，系統會創建一個長度為initialCapacity的Node數組，這個長度在哈希表中被稱為容量(Capacity)，在這個數組中可以存放元素的位置我們稱之為“桶”(bucket)，每個bucket都有自己的索引，系統可以根據索引快速的查找bucket中的元素。

​ 每個bucket中存儲一個元素，即一個Node對象，但每一個Node對象可以帶一個引用變量next，用於指向下一個元素，因此，在一個桶中，就有可能生成一個Node鏈。也可能是一個一個TreeNode對象，每一個TreeNode對象可以有兩個葉子結點left和right，因此，在一個桶中，就有可能生成一個TreeNode樹。而新添加的元素作為鏈表的last，或樹的葉子結點。

那么HashMap什么時候進行擴容和樹形化呢？

當HashMap中的元素個數超過數組大小(數組總大小length,不是數組中個數size)loadFactor 時 ， 就會進行數組擴容 ， loadFactor 的默認 值 (DEFAULT_LOAD_FACTOR)為0.75，這是一個折中的取值。也就是說，默認情況下，數組大小(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)為16，那么當HashMap中元素個數超過16*0.75=12（這個值就是代碼中的threshold值，也叫做臨界值）的時候，就把數組的大小擴展為 2*16=32，即擴大一倍，然后重新計算每個元素在數組中的位置，而這是一個非常消耗性能的操作，所以如果我們已經預知HashMap中元素的個數，那么預設元素的個數能夠有效的提高HashMap的性能。 當HashMap中的其中一個鏈的對象個數如果達到了8個，此時如果capacity沒有達到64，那么HashMap會先擴容解決，如果已經達到了64，那么這個鏈會變成樹，結點類型由Node變成TreeNode類型。當然，如果當映射關系被移除后，下次resize方法時判斷樹的結點個數低於6個，也會把樹再轉為鏈表。

常見問題

是否可為null

• HashMap允許一個鍵為null的鍵值對存在，允許多個值為null的鍵值對存在
• TreeMap不允許鍵為null