【Java基础】Java集合框架（三）Map常用实现类
java.util.Map接口常用的实现类有HashMap、Hashtable、LinkedHashMap、TreeMap和ConcurrentHashMap，类继承关系如下图所示：
HashMap
HashMap 根据键的hashCode值存储数据，大多数情况下可以直接定位到它的值，因而具有很快的访问速度，但遍历顺序却是不确定的。 最多允许一个键值为null。
JDK1.8 之前 HashMap 由 数组+链表 组成的，数组是 HashMap 的主体，链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的（“拉链法”解决冲突）。
JDK1.8 以后在解决哈希冲突时有了较大的变化，当链表长度大于阈值（默认为 8）时，将链表转化为红黑树，以减少搜索时间。
类的部分属性
默认属性：
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {
// 默认的初始容量是16,必须是2的n次幂
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;
// 最大容量，如果一个更大的初始化容量在构造函数中被指定，将被MAXIMUM_CAPACITY替换，必须是2的n次幂
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
// 默认的加载因子
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
// 当桶(bucket)上的结点数大于这个值时会转成红黑树
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
// 当桶(bucket)上的结点数小于这个值时树转链表
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
// 存储元素的数组（bucket）
transient Node<k,v>[] table;
}
Node结构：
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final int hash; // 键的hash值，
final K key; // 键
V value; // 值
Node<K,V> next; // 指向下个节点的引用
}
TreeNode结构：
static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {
TreeNode<K,V> parent; // 红黑树
TreeNode<K,V> left;
TreeNode<K,V> right;
TreeNode<K,V> prev;
boolean red;
}
常用方法
hash(Object key)
不管增加、删除、查找键值对，都需要用到hash()方法。
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
计算位置分为三步，第一步，取key的hashCode，第二步，key的hashCode高16位异或低16位，第三步，将第一步和第二部得到的结果进行异或运算（取模）。
put(K key, V value)
将键值对插入map中，如果key已存在，则替换相应的value。
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
// hash key的hash值
// onlyIfAbsent 如果是true，即使指定参数key在map中已经存在，也不会替换value
// evict 如果是false，数组table在创建模式中
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,boolean evict) {
}
putVal() 简单步骤：
- 如果指定参数hash在表中没有对应的桶，即为没有碰撞，直接将键值对插入到哈希表中即可。
- 如果定位到的数组位置有元素就和要插入的 key 比较，如果key相同就直接覆盖；如果 key 不相同，就判断该节点是否是一个树节点，如果是就调用
e = ((TreeNode将元素添加进入；如果不是就遍历链表插入，插入后判断链表是否需要转换成树。
get(Object key)
public V get(Object key) {
HashMap.Node<K,V> e;
// 如果通过key获取到的node为null，则返回null，否则返回node的value。
return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
}
resize()
当HashMap对象内部的数组无法装载更多的元素时，HashMap就需要扩大数组的长度，以便能装入更多的元素。当然数组是无法自动扩容的，扩容方法使用一个新的数组代替旧数组。
resize方法非常巧妙，因为每次扩容都是翻倍，与原来计算（n-1）&hash的结果相比，节点要么就在原来的位置，要么就被分配到“原位置+旧容量”这个位置。
HashTable
-
HashTable 和 HashMap 都实现了Map接口
-
数组 + 链表方式存储
-
默认容量：11（质数）
-
put操作：首先进行索引计算
(key.hashCode() & 0x7FFFFFFF)% table.length；若在链表中找到了，则替换旧值，若未找到则继续。 -
rehash：HashTable 的扩容，当总元素个数超过 容量 * 加载因子 时，扩容为原来 2 倍并加1并重新散列；将新元素加到链表头部
-
对修改 Hashtable 内部共享数据的方法添加了 synchronized，保证线程安全
HashTable 和 HashMap 的区别
- 默认容量不同，扩容大小不同
- 线程安全性：HashTable 是线程安全，给方法加锁
- 效率不同：HashTable 要慢，因为加锁
public synchronized V put(K key, V value);
public synchronized V get(Object key);
public synchronized boolean contains(Object value)
public synchronized V remove(Object key);
public synchronized void clear();
LinkedHashMap
LinkedHashMap继承HashMap并实现了Map接口，同时具有可预测的迭代顺序（按照插入顺序排序）。它与HashMap的不同之处在于，维护了一条贯穿其全部Entry的双向链表。
HashMap的数据结构是数组+双向链表+红黑树（since JDK1.8）。
public class LinkedHashMap<K,V>
extends HashMap<K,V>
implements Map<K,V>;
常用方法
containsValue( Object value)
如果linkedHashMap中的键值对有一对或多对的value为参数value，返回true
public boolean containsValue(Object value) {
//遍历双向循环链表
for (LinkedHashMap.Entry<K,V> e = head; e != null; e = e.after) {
V v = e.value;
if (v == value || (value != null && value.equals(v)))
return true;
}
return false;
}
get( Object key)
返回指定的key对应的entry的value，如果entry为null或者value为null，则返回null
public V get(Object key) {
Node<K,V> e;
//如果key对应的entry为null，返回null
if ((e = getNode(hash(key), key)) == null)
return null;
//如果迭代顺序为按访问顺序迭代
if (accessOrder)
//将e插入双向链表末尾
afterNodeAccess(e);
//返回value
return e.value;
}
与 HashMap 比较
相同点：
- 都是基于哈希表的实现，存储的是键值对映射。
- 都继承了AbstractMap，实现了Map、Cloneable、Serializable。
- 它们的构造函数都一样。
- 默认的容量大小是16，默认的加载因子是0.75。
- 都允许key和value为null。
- 都是线程不安全的。
不同点：
- 底层结构：HashMap是数组+链表+红黑树；LinkedHashMap是数组+链表+红黑树+双向循环链表。
- HashMap无序，LinkedHashMap有序。
TreeMap
public class TreeMap<K,V>
extends AbstractMap<K,V>
implements NavigableMap<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable
TreeMap是基于红黑树实现的一个保证有序性的Map，继承了AbstractMap，实现了NavigableMap、Cloneable、java.io.Serializable接口。NavigableMap接口继承自SortedMap接口，意味着TreeMap中的元素是有序的。
与HashMap比较
相同点：
- 存储的是键值对映射。
- 都继承了AbstractMap，实现了Cloneable、Serializable。
- 都是非同步的，即线程不安全。
不同点：
- 数据结构：HashMap是数组+链表+红黑树；TreeMap是红黑树。
- HashMap无序，TreeMap有序。
- TreeMap实现了NavigableMap接口。
- 增删改查操作复杂度：HashMap是O(1)，TreeMap是O(log n)。
ConcurrentHashMap
HashMap的线程安全实现。
待补充。。。