Java讲课笔记23：Map接口及其实现类
文章目录
- 零、本讲学习目标
- 1、了解Map集合的常用方法
- 2、掌握HashMap和TreeMap的使用
- 3、掌握Properties集合的使用
- 4、掌握Map集合遍历
- 一、Map接口
- 1、Map接口概述
- 2、Map接口主要实现类
- （1）HashMap集合
- （2）TreeMap集合
- （3）HashTable集合
- 3、Map接口常用方法
- 二、HashMap集合
- 1、HashMap集合定义
- 2、HashMap集合特点
- 3、HashMap集合内部结构
- 4、HashMap集合存储原理
- 5、案例演示：创建与操作HashMap集合
- 6、HashMap集合小贴士
- 三、Map集合遍历
- （一）使用Iterator迭代器遍历集合
- 1、采用keySet()方法遍历Map集合
- （1）遍历思路
- （2）案例演示
- 2、采用entrySet()方法遍历Map集合
- （1）遍历方法
- （2）案例演示
- （二）使用JDK8的forEach()方法遍历集合
- 1、遍历方法
- 2、案例演示
- （1）遍历集合（键值对）
- （2）遍历集合（值）
- （三）多学一招：使用LinkedHashMap集合保证元素添加顺序
- 1、LinkedHashMap集合概述
- 2、案例演示：对比HashMap与LinkedHashMap
- 3、小结说明
- 四、TreeMap集合
- 1、TreeMap集合概述
- 2、案例演示
- （1）演示TreeMap，按键的自然顺序
- （2）演示TreeMap，按键的定制顺序
- 五、Properties集合
- 1、Properties集合概述
- 2、案例演示：利用Properties访问属性配置文件
- 六、课后作业
- 任务1、创建Person对象的HashSet集合
- 任务2、创建学员的TreeMap集合，按键倒序输出键值对
- 任务3、编程实现词频统计
零、本讲学习目标
1、了解Map集合的常用方法
2、掌握HashMap和TreeMap的使用
3、掌握Properties集合的使用
4、掌握Map集合遍历
一、Map接口
1、Map接口概述
Map接口是一种双列集合，它的每个元素都包含一个键对象Key和值对象Value，键和值对象之间存在一种对应关系，称为映射。Map中的映射关系是一对一的，一个键对象Key对应唯一一个值对象Value，其中键对象Key和值对象Value可以是任意数据类型，并且键对象Key不允许重复，这样在访问Map集合中的元素时，只要指定了Key，就能找到对应的Value。
2、Map接口主要实现类
（1）HashMap集合
HashMap集合是Map接口的一个实现类，它用于存储键值映射关系，该集合的键和值允许为空，但键不能重复，且集合中的元素是无序的。
（2）TreeMap集合
TreeMap集合是Map接口的另一个实现类，在TreeMap内部是通过二叉树的原理来保证键的唯一性，这与TreeSet集合存储的原理一样，因此TreeMap中所有的键是按照某种顺序排列的。
（3）HashTable集合
Map接口还有一个实现类Hashtable，它和HashMap十分相似，其中一个主要区别在于Hashtable是线程安全的。Hashtable类有一个子类Properties。Properties主要用来存储字符串类型的键和值，在实际开发中，经常使用Properties集合类来存取应用的配置项。
3、Map接口常用方法
| 方法声明 | 功能描述 |
|---|---|
| void put(Object key, Object value) | 向Map集合中添加指定键值映射的元素 |
| int size() | 返回Map集合键值对映射的个数 |
| Object get(Object key) | 返回指定键所映射的值，如果此映射不包含该键的映射关系，则返回null |
| boolean containsKey(Object key) | 查看Map集合中是否存在指定的键对象key |
| boolean containsValue(Object value) | 查看Map集合中是否存在指定的值对象value |
| Object remove(Object key) | 删除并返回Map集合中指定键对象Key的键值映射元素 |
| void clear() | 清空整个Map集合中的键值映射元素 |
| Set keySet() | 以Set集合的形式返回Map集合中所有的键对象Key |
| Collection values() | 以Collection集合的形式返回Map集合中所有的值对象Value |
| Set |
将Map集合转换为存储元素类型为Map的Set集合 |
| Object getOrDefault(Object key, Object defaultValue) | 返回Map集合指定键所映射的值，如果不存在则返回默认值defaultValue（JDK 8新方法） |
| void forEach(BiConsumer action) | 通过传入一个函数式接口对Map集合元素进行遍历（JDK 8新方法） |
| Object putIfAbsent(Object key, Object value) | 向Map集合中添加指定键值映射的元素，如果集合中已存在该键值映射元素，则不再添加而是返回已存在的值对象Value（JDK 8新方法） |
| boolean remove(Object key, Object value) | 删除Map集合中键值映射同时匹配的元素（JDK 8新方法） |
| boolean replace(Object key, Object value) | 将Map集合中指定键对象Key所映射的值修改为value（JDK 8新方法） |
二、HashMap集合
1、HashMap集合定义
HashMap集合是Map接口的一个实现类，它用于存储键值映射关系，该集合的键和值允许为空，但键不能重复，且集合中的元素是无序的。
2、HashMap集合特点
HashMap底层是由哈希表结构组成的，其实就是“数组+链表”的组合体，数组是HashMap的主体结构，链表则主要是为了解决哈希值冲突而存在的分支结构。正因为这样特殊的存储结构，HashMap集合对于元素的增、删、改、查操作表现出的效率都比较高。
3、HashMap集合内部结构
- 在哈希表结构中，主体结构为图中水平方向的数组结构，其长度称为HashMap集合的容量（capacity）。
- 数组结构垂直对应的是链表结构，链表结构称为一个桶（bucket），每个桶的位置在集合中都有对应的桶值，用于快速定位集合元素添加、查找时的位置。
4、HashMap集合存储原理
5、案例演示：创建与操作HashMap集合
- 创建Example2301
package net.hw.lesson23;
import java.util.HashMap;
/**
* 功能：创建与操作HashMap集合
* 作者：华卫
* 日期：2020年05月24日
*/
public class Example2301 {
public static void main(String[] args) {
// 创建城市哈希映射
HashMap<String, String> cities = new HashMap<>();
// 给集合添加键值对
cities.put("1", "北京");
cities.put("2", "上海");
cities.put("3", "广州");
cities.put("4", "深圳");
cities.put("5", "泸州");
// 输出整个集合
System.out.println("城市集合：" + cities);
// 查询（按键查询）
String key = "3";
boolean isFound = cities.containsKey(key);
if (isFound) {
System.out.println("键[" + key + "]包含在键集合里。");
} else {
System.out.println("键[" + key + "]不包含在键集合里。");
}
// 查询（按值查询）
String value = "广州";
isFound = cities.containsValue(value);
if (isFound) {
System.out.println("值[" + value + "]包含在值集合里。");
} else {
System.out.println("值[" + value + "]不包含在值集合里。");
}
// 按键取值
key = "3";
System.out.println(key + " : " + cities.get(key));
key = "6";
System.out.println(key + " : " + cities.get(key));
// 获取键集合
System.out.println("键集合：" + cities.keySet());
// 获取值集合
System.out.println("值集合：" + cities.values());
// 按键修改值
cities.put("5", "南京");
System.out.println("键为[5]的值修改为[南京]。");
System.out.println("城市集合：" + cities);
cities.replace("5", "泸州");
System.out.println("键为[5]的值修改为[泸州]。");
System.out.println("城市集合：" + cities);
// 按键值删除元素
key = "3";
boolean isDeleted = cities.remove(key, cities.get(key));
if (isDeleted) {
System.out.println("删除键[" + key + "]的元素后的集合：" + cities);
} else {
System.out.println("键[" + key + "]没有在键集合里。");
}
// 按键删除元素
key = "5";
value = cities.remove(key);
if (value != null) {
System.out.println("删除键[" + key + "]的元素后的集合：" + cities);
} else {
System.out.println("键[" + key + "]没有在键集合里。");
}
}
}
- 运行程序，查看结果
- 参看完成类似任务的Python程序
- 运行程序，查看结果
6、HashMap集合小贴士
- 使用HashMap集合时，如果通过键对象k定位到的桶位置不含链表结构，那么对于查找、添加等操作很快；如果定位到的桶位置包含链表结构，对于添加操作，其时间复杂度依然不大，因为最新的元素会插入链表头部，只需要简单改变引用链即可；而对于查找操作来讲，此时就需要遍历链表，然后通过键对象k的equals(k)方法逐一查找比对。所以，从性能方面考虑，HashMap中的链表出现越少，性能才会越好，这就要求HashMap集合中的桶越多越好。
- HashMap根据实际情况，内部实现了动态地分配桶数量的策略。通过new HashMap()方法创建HashMap时，会默认集合容量capacity大小为16，加载因子loadFactor为0.75（HashMap桶多少权衡策略的经验值），此时该集合桶的阀值就为12（容量capacity与加载因子loadFactor的乘积），如果向HashMap集合中不断添加完全不同的键值对
三、Map集合遍历
在程序开发中，经常需要取出Map中所有的键与值，那么如何遍历Map中所有的键值对呢？Map集合遍历的方式与单列集合Collection集合遍历的方式基本相同，主要有两种方式可以实现：（1）使用Iterator迭代器遍历集合；（2）使用JDK8的forEach(Consumer action)方法遍历集合。
（一）使用Iterator迭代器遍历集合
使用keySet()方法，先将Map集合转换为Iterator接口对象，然后进行遍历。由于Map集合中元素是由键值对组成的，所以使用Iterator接口遍历Map集合时，会有两种将Map集合转换为Iterator接口对象再进行遍历的方法：keySet()方法和entrySet()方法。
1、采用keySet()方法遍历Map集合
（1）遍历思路
需要先将Map集合中所有键对象转换为Set单列集合，接着将包含键对象的Set集合转换为Iterator接口对象，然后遍历Map集合中所有的键，然后根据键获取相应的值。
（2）案例演示
package net.hw.lesson23;
import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;
/**
* 功能：利用keySet()方法遍历Map集合
* 作者：华卫
* 日期：2020年05月24日
*/
public class Example2302 {
public static void main(String[] args) {
// 创建HashMap对象
HashMap<String, String> cities = new HashMap<>();
// 向集合里添加键值对
cities.put("1", "北京");
cities.put("2", "上海");
cities.put("3", "广州");
cities.put("4", "深圳");
cities.put("5", "泸州");
// 输出整个集合
System.out.println("城市集合：" + cities);
// 获取键集合
Set<String> keySet = cities.keySet();
// 利用增强for循环遍历集合
System.out.println("利用增强for循环遍历集合：");
for (String key : keySet) {
String value = cities.get(key);
System.out.println(key + " : " + value);
}
// 利用迭代器遍历集合
System.out.println("利用迭代器遍历集合：");
// 获取键集合的迭代器
Iterator<String> it = keySet.iterator();
// 遍历迭代器
while (it.hasNext()) {
String key = it.next();
String value = cities.get(key);
System.out.println(key + " : " + value);
}
}
}
- 运行程序，查看结果
2、采用entrySet()方法遍历Map集合
（1）遍历方法
使用entrySet()方法，将原有Map集合中的键值对作为一个整体返回为Set集合，接着将包含键值对对象的Set集合转换为Iterator接口对象，然后获取集合中全部键值对映射关系，再从映射关系中取出键和值。
（2）案例演示
- 创建Example2303
package net.hw.lesson23;
import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;
import java.util.Set;
/**
* 功能：利用entrySet()方法遍历Map集合
* 作者：华卫
* 日期：2020年05月24日
*/
public class Example2303 {
public static void main(String[] args) {
// 创建HashMap对象
HashMap<String, String> cities = new HashMap<>();
// 向集合里添加键值对
cities.put("1", "北京");
cities.put("2", "上海");
cities.put("3", "广州");
cities.put("4", "深圳");
cities.put("5", "泸州");
// 输出整个集合
System.out.println("城市集合：" + cities);
// 获取集合的entrySet
Set<Map.Entry<String, String>> entrySet = cities.entrySet();
// 利用增强for循环遍历集合
System.out.println("利用增强for循环遍历集合：");
for (Map.Entry<String, String> entry : entrySet) {
String key = entry.getKey();
String value = entry.getValue();
System.out.println(key + " : " + value);
}
// 利用迭代器遍历集合
System.out.println("利用迭代器遍历集合：");
// 获取条目集合的迭代器
Iterator<Map.Entry<String, String>> it = entrySet.iterator();
// 遍历迭代器
while (it.hasNext()) {
Map.Entry<String, String> entry = it.next();
String key = entry.getKey();
String value = entry.getValue();
System.out.println(key + " : " + value);
}
}
}
- 运行程序，查看结果
（二）使用JDK8的forEach()方法遍历集合
1、遍历方法
在JDK 8中，根据Lambda表达式特性新增了一个forEach(BiConsumer action)方法来遍历Map集合，该方法所需要的参数也是一个函数式接口，因此可以使用Lambda表达式的书写形式来进行集合遍历。
map.forEach((key, value) -> System.out.println(key + " : " + value));
2、案例演示
（1）遍历集合（键值对）
- 创建Example2304
package net.hw.lesson23;
import java.util.HashMap;
/**
* 功能：利用forEach()遍历集合
* 作者：华卫
* 日期：2020年05月24日
*/
public class Example2304 {
public static void main(String[] args) {
// 创建HashMap对象
HashMap<String, String> cities = new HashMap<>();
// 向集合里添加键值对
cities.put("1", "北京");
cities.put("2", "上海");
cities.put("3", "广州");
cities.put("4", "深圳");
cities.put("5", "泸州");
// 输出整个集合
System.out.println("城市集合：" + cities);
// 利用forEach()方法遍历集合（呈现简洁美）
System.out.println("利用forEach()方法遍历集合：");
cities.forEach((key, value) -> System.out.println(key + " : " + value));
}
}
- 运行程序，查看结果
（2）遍历集合（值）
Map集合提供了一个values()方法，返回Map集合所有值的Collection集合，可以通过forEach()来遍历这个值集合。
- 创建Example2305
package net.hw.lesson23;
import java.util.Collection;
import java.util.HashMap;
/**
* 功能：利用forEach遍历值集合
* 作者：华卫
* 日期：2020年05月24日
*/
public class Example2305 {
public static void main(String[] args) {
// 创建HashMap对象
HashMap<String, String> cities = new HashMap<>();
// 向集合里添加键值对
cities.put("1", "北京");
cities.put("2", "上海");
cities.put("3", "广州");
cities.put("4", "深圳");
cities.put("5", "泸州");
// 输出整个集合
System.out.println("城市集合：" + cities);
// 获取值集合
Collection<String> values = cities.values();
// 利用forEach()遍历集合的值对象
System.out.print("利用forEach()遍历集合的值对象：");
values.forEach(city -> System.out.print(city + " "));
}
}
- 运行程序，查看结果
（三）多学一招：使用LinkedHashMap集合保证元素添加顺序
1、LinkedHashMap集合概述
- HashMap集合并不保证集合元素存入和取出的顺序。
- 如果想让这两个顺序一致，可以使用LinkedHashMap类，它是HashMap的子类。和LinkedList一样也使用双向链表来维护内部元素的关系，使LinkedHashMap元素迭代的顺序与存入的顺序一致。
2、案例演示：对比HashMap与LinkedHashMap
- 创建Example2306
package net.hw.lesson23;
import java.util.HashMap;
import java.util.LinkedHashMap;
/**
* 功能：演示LinkedHashMap集合
* 作者：华卫
* 日期：2020年05月25日
*/
public class Example2306 {
public static void main(String[] args) {
// 声明HashMap变量
HashMap<String, String> cities;
// 创建HashMap对象
cities = new HashMap<>();
// 向集合里添加键值对
cities.put("3", "广州");
cities.put("2", "上海");
cities.put("1", "北京");
cities.put("5", "泸州");
cities.put("4", "深圳");
// 遍历整个集合
System.out.println("遍历HashMap集合：");
cities.forEach((key, value)-> System.out.println(key + " : " + value));
// 创建LinkedHashMap对象
cities = new LinkedHashMap<>();
// 向集合里添加键值对
cities.put("3", "广州");
cities.put("2", "上海");
cities.put("1", "北京");
cities.put("5", "泸州");
cities.put("4", "深圳");
// 遍历整个集合
System.out.println("遍历LinkedHashMap集合：");
cities.forEach((key, value)-> System.out.println(key + " : " + value));
}
}
- 运行程序，查看结果
大家可以看出，两个集合都是按相同的顺序插入了5个元素，HashMap集合没有保证插入的顺序，重新按照键值升序处理了，但是LinkedHashMap集合完全按照插入的顺序保存了元素。
3、小结说明
一般情况下，用的最多的是HashMap，在Map中插入、删除和定位元素，HashMap 是最好的选择。但如果需要输出的顺序和输入的相同，那么用LinkedHashMap可以实现，它还可以按读取顺序来排列。
四、TreeMap集合
1、TreeMap集合概述
- TreeMap集合是Map接口的另一个实现类，在TreeMap内部是通过二叉树的原理来保证键的唯一性，这与TreeSet集合存储的原理一样，因此TreeMap中所有的键是按照某种顺序排列的。
- 为了实现TreeMap元素排序，可以参考TreeSet 集合排序方式，使用自然排序和定制排序。
2、案例演示
（1）演示TreeMap，按键的自然顺序
- 创建Example2307
package net.hw.lesson23;
import java.util.TreeMap;
/**
* 功能：演示TreeMap，按键的自然顺序
* 作者：华卫
* 日期：2020年05月25日
*/
public class Example2307 {
public static void main(String[] args) {
// 创建TreeMap对象
TreeMap<String, String> cities = new TreeMap<>();
// 向集合里添加键值对
cities.put("3", "广州");
cities.put("2", "上海");
cities.put("1", "北京");
cities.put("5", "泸州");
cities.put("4", "深圳");
// 输出整个集合
System.out.println("城市集合：" + cities);
}
}
- 运行程序，查看结果
- 说明：输入元素的顺序是3、2、1、5、4，输出结果的顺序是1、2、3、4、5，也就是按照默认的键升序来存储输入的元素。
（2）演示TreeMap，按键的定制顺序
- 创建Example2308
package net.hw.lesson23;
import java.util.Comparator;
import java.util.TreeMap;
/**
* 功能：演示TreeMap，按键的定制顺序
* 作者：华卫
* 日期：2020年05月25日
*/
public class Example2308 {
public static void main(String[] args) {
// 创建TreeMap对象（传入比较器对象，定制降序）
TreeMap<String, String> cities = new TreeMap<>(new Comparator<String>() {
@Override
public int compare(String o1, String o2) {
return o2.compareTo(o1);
}
});
// 向集合里添加键值对
cities.put("3", "广州");
cities.put("2", "上海");
cities.put("1", "北京");
cities.put("5", "泸州");
cities.put("4", "深圳");
// 输出整个集合
System.out.println("城市集合：" + cities);
}
}
- 运行程序，查看结果
- 说明：输入元素的顺序是3、2、1、5、4，输出结果的顺序是5、4、3、2、1，也就是按照定制的键降序来存储输入的元素。
五、Properties集合
1、Properties集合概述
Map接口还有一个实现类Hashtable，它和HashMap十分相似，其中一个主要区别在于Hashtable是线程安全的。Hashtable类有一个子类Properties。Properties主要用来存储字符串类型的键和值，在实际开发中，经常使用Properties集合类来存取应用的配置项。
2、案例演示：利用Properties访问属性配置文件
- 创建属性配置文件test.properties
language=Chinese
foreground-color=red
background-color=yellow
font-size=15px
- 创建Example2309
package net.hw.lesson23;
import java.io.FileReader;
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;
import java.util.Properties;
/**
* 功能：利用Properties访问属性配置文件
* 作者：华卫
* 日期：2020年05月25日
*/
public class Example2309 {
public static void main(String[] args) throws IOException {
// 创建Properties对象
Properties pps = new Properties();
// 加载属性配置文件test.properties
pps.load(new FileReader("src/net/hw/lesson23/test.properties"));
// 遍历属性配置文件的键值对信息
pps.forEach((key, value) -> System.out.println(key + " : " + value));
// 创建文件输出流，指定输出文件
FileWriter fw = new FileWriter("src/net/hw/lesson23/test.properties");
// 在属性对象里添加新的键值对信息
pps.setProperty("charset", "UTF-8");
// 将新的键值对信息写入属性配置文件（参数1：文件输出流；参数2：注释信息）
pps.store(fw, "新增charset属性");
// 提示用户，写入新增信息成功
System.out.println("属性配置文件新增charset属性！");
}
}
- 运行程序，查看结果
- 查看属性配置文件test.properties
六、课后作业
任务1、创建Person对象的HashSet集合
- 在HashSet集合中添加三个Person对象
- 把姓名相同的人当作同一个人，禁止重复添加
- Person类中定义name和age属性
- 重写hashCode()方法和equals()方法
- 针对name属性比较，如果name相同，hashCode()方法的返回值相同，equals()方法返回true
任务2、创建学员的TreeMap集合，按键倒序输出键值对
- 创建TreeMap集合，按学号自然顺序的倒序排列元素
- 使用put()方法将学号（“1”, “2”, “3”, “4”, "5）和姓名(“李文玲”, “钟小丽”, “黄光裕”, “郑智化”, “董涵宇”)存储到Map中，存的时候可以打乱顺序观察排序后的效果
- 使用map.keySet()获取键的Set集合
- 使用Set集合的iterator()方法获得Iterator对象用于迭代键
- 使用Map集合的get()方法获取键所对应的值
任务3、编程实现词频统计
- 读取文件test.txt内容，保存在字符串变量text
–文件读写还未讲，暂时直接赋值即可 - 统计每个单词出现的次数，输出格式如下图所示
