Java集合（四）—— Map详解

Map接口

一、HashMap

public class HashMap<K,V>extends AbstractMap<K,V>implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable

1、HashMap概述

HashMap是基于哈希表的Map接口的非同步实现。此实现提供所有可选的映射操作，并允许使用null值和null键。此类不保证映射的顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。

2、HashMap的数据结构

在Java编程语言中，最基本的结构就是两种，一个是数组，另外一个是模拟指针（引用），所有的数据结构都可以用这两个基本结构来构造的，HashMap也不例外。HashMap实际上是一个“链表散列”的数据结构，即数组和链表的结合体。

3、HashMap的实现

HashMap 基于 Hash 算法实现的

1. 当我们往HashMap中put元素时，利用key的hashCode重新hash计算出当前对象的元素在数组中的下标
2. 存储时，如果出现hash值相同的key，此时有两种情况。
   (1)如果key相同，则覆盖原始值；
   (2)如果key不同（出现冲突），则将当前的key-value放入链表中
3. 获取时，直接找到hash值对应的下标，在进一步判断key是否相同，从而找到对应值。
4. 理解了以上过程就不难明白HashMap是如何解决hash冲突的问题，核心就是使用了数组的存储方式，然后将冲突的key的对象放入链表中，一旦发现冲突就在链表中做进一步的对比。需要注意Jdk 1.8中对HashMap的实现做了优化，当链表中的节点数据超过8个之后，该链表会转为红黑树来提高查询效率，从原来的O(n)到O(logn)。

3.1、JDK1.8之前的实现方法

JDK1.8之前采用的是拉链法。拉链法：将链表和数组相结合。也就是说创建一个链表数组，数组中每一格就是一个链表。若遇到哈希冲突，则将冲突的值加到链表中即可。

3.2、JDK1.8之后的实现方法

相比于之前的版本，jdk1.8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。

3.3、红黑树

红黑树是一种特殊的二叉搜索树（又叫二叉排序树），其性质如下：

性质1、结点是红色或黑色。
性质2、根结点是黑色。
性质3、所有叶子都是黑色。（叶子是NIL结点）
性质4、每个红色结点的两个子结点都是黑色。（从每个叶子到根的所有路径上不能有两个连续的红色结点）
性质5、从任一节结点其每个叶子的所有路径都包含相同数目的黑色结点。（两条路径节点数在0到1倍之间）

查找、插入、删除的时间复杂度为O(log2 n)，n为节点个数
注意：每一个插入的节点最初都是红色，后面经过旋转变色使自己达到红黑树的要求。

4、HashMap扩容机制

HashMap的默认初始容量为16，加载因子为0.75（即当元素个数超过容量长度的0.75倍 时，进行扩容）。
扩容增量为原容量的 1 倍，扩展后的新容量为原容量的2倍。

如 ：HashSet的容量为16，一次扩容后是容量为32

4.1、为什么HashMap的长度是2的幂次方呢？

• 取余(%)操作中如果除数是2的幂次则等价于与其除数减一的与(&)操作。也就是说 hash%length==hash&(length-1)的前提是 length 是2的 n 次方；
• 同时采用二进制位操作 &，相对于%能够提高运算效率。

二、HashTable

public class Hashtable<K,V>extends Dictionary<K,V>implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable

HashTable的操作和HashMap相似，主要的区别在于HashTable实现了多线程安全，在方法上加上了synchronized关键字。

1、HashTable与HashMap的区别

	HashMap	HashTable
线程安全	线程不安全，多线程下会造成并发冲突，但单线程下运行效率较高	线程安全，但单线程环境效率也十分低，官方不推荐使用， 如果要保证多线程安全可以使用 ConcurrentHashMap代替
null key或者null value	null 可以作为键，这样的键只有一个，可以有一个或多个键所对应的值为 null。	不允许key或者value有null值，否则会抛NullPointerException异常
容量和扩容	默认的初始化大小为16。之后每次扩充，容量变为原来的2倍。	默认的初始大小为11，之后每次扩充，容量变为原来的2n+1
Hash映射	hash算法通过非常规设计，将底层table长度设计为2的幂，使用位与运算代替取模运算，减少运算消耗	hash算法首先使得hash值小于整型数最大值，再通过取模进行散射运算
底层结构	数组+链表形成，在JDK1.8之后链表长度大于8时会转化为红黑树	数组+链表
继承关系	HashMap继承自AbstractMap类	HashTable继承自Dictionary类

三、TreeMap

public class TreeMap<K,V>extends AbstractMap<K,V>implements NavigableMap<K,V>, Cloneable, Serializable

TreeMap 是一个有序的key-value集合，它是通过红黑树实现的。
TreeMap基于红黑树（Red-Black tree）实现。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，具体取决于使用的构造方法。
TreeMap是线程非同步的。