Map和Set及其实现类详解

目录

一, 搜索

1,传统搜索

2,Map和Set模型

二, Map的使用

1,Map接口的继承及实现图

2,Map接口的使用

3,TreeMap和HashMap的使用和对比

1,TreeMap

代码示例

map中插入的数据按照key进行排序

map中插入的数据必须具有可比较性(或者实现了比较器相关接口)

​map中插入的值必须是唯一的,否则会进行覆盖

​通过Set> entrySet() 方法对map中的键值对进行遍历

将Map中的value全部分离出来存放在Collection中

 

2,HashMap

代码示例

3,TreeMap和HashMap的对比

三, Set的使用

1,Set接口的继承及实现图

2,Set接口的使用

3,TreeSet和HashSet的使用和对比

1,TreeSet

代码示例

Set存入的Key必须是唯一的,存入重复的Key会自动去重

​Set中不能插入为null的数据,否则会报空指针异常的错误

​Set中插入的Key必须具有可比较性

2,HashSet

四, 总结

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一, 搜索

1,传统搜索

• 直接遍历:时间复杂度是O(N),元素如果比较多的情况下效率会非常慢
• 二分查找:时间复杂度是O(logN),但是搜索的前提是序列必须有序

这两种排序比较适合静态类型的查找(给定区间内的元素进行查找),一般不会对区间上的序列进行插入和删除了,而现实中的查找比如:

• 根据姓名查找考试成绩
• 通讯录,根据姓名查询联系方式
• 不重复集合,需要先搜索关键字是否已经在集合中

这三种在查找时进行一些插入和删除的操作称为动态查找,上述的直接遍历和二分查找的方式就不太适合了,本篇博客介绍的Map和Set集合就是一种专门用来动态查找的集合容器.

2,Map和Set模型

一般把搜索的数据称为关键字(Key),和关键字对应的称为值(Value),将其称为Key-Value的键值对,所有模型有两种:

1. 纯Key模型:
   1. 有一个英文词典,快速查找一个单词是否在词典中
   2. 快速查找某个名字在不在通讯录中
2. Key-Value模型:
   1. 统计文件中每个单词出现的次数,统计结果是每个单词都与其对应的次数:<单词,单词出现的次数>
   2. 梁山好汉的江湖绰号:每个好汉都有自己的江湖绰号

Map中存储的就是Key-Value的键值对,Set中只存储了Key

二, Map的使用

Map是一个接口,该接口没有继承自Collection,该类中存储的是结构的键值对,并且K一定是唯一的,不能重复.

1,Map接口的继承及实现图

1. Map接口的实现类有两个,分别是TreeMap和HashMap
2. TreeMap类实现了SortedMap接口(所以TreeMap中存入的key必须是可比较的,后面会说)

2,Map接口的使用

方法	解释
V get (Object key)	返回 key 对应的 value
V getOrDefault (Object key, V defaultValue)	返回 key 对应的 value ， key 不存在，返回默认值
V put (K key, V value)	设置 key 对应的 value
V remove (Object key)	删除 key 对应的映射关系
Set keySet ()	返回所有 key 的不重复集合
Collection values ()	返回所有 value 的可重复集合
Set> entrySet ()	返回所有的 key-value 映射关系
boolean containsKey (Object key)	判断是否包含 key
boolean containsValue (Object value)	判断是否包含 value

注意:

Map接口没有继承Iterable接口,所以使用Map的对象不能直接进行遍历,需要先将其转换成Set对象再进行遍历,Map也提供了相应的方法对这种集合做特殊处理,就是Set> entrySet() 方法,Map.Entry是Map内部实现的,用来存放键值对映射关系的内部类,该内部类中主要提供了的获取,value的设置以及key的比较方式:

方法	解释
K getKey ()	返回 entry 中的 key
V getValue ()	返回 entry 中的 value
V setValue(V value)	将键值对中的 value 替换为指定 value

小结:

• Map是一个接口,不能直接实例化对象,如果实例化对象只能实例化其实现类TreeMap或者HashMap
• Map中存放键值对的Key是唯一的,value是可以重复的
• Map中的Key可以全部分离出来,存储到Set中尽显访问(因为key不能重复,Set要求Key不能重复)
• Map中的Value可以全部分离出来,存储在Collection的任何一个子集合中
• Map中键值对的Key不能直接修改,value可以修改,同时存储两个相同的key的键值对时,后存储入Map的会覆盖之前存储入Map中的数据

3,TreeMap和HashMap的使用和对比

1,TreeMap

TreeMap的底层是红黑树(可以把它想象成比较复杂,性能更加优秀的搜索树),我们联想二叉搜索树的一些性能就可以理解TreeMap的一些性能了:

• 二叉搜索树在插入的时候,对于已经在树中存在的数据是无法进行插入的,所以TreeMap中无法插入两个相同Key值的键值对
• 二叉搜索树的左子树的数据永远小于相同根节点的右子树的数据,可知他是一棵有序树,TreeMap中的数据也是有序的,所以插入的数据必须具有可比较性,否则会报错(TreeMap是基于Key进行比较的)

代码示例

map中插入的数据按照key进行排序

    public static void main(String[] args) {
        Map map = new TreeMap<>();
        map.put("hello",3);
        map.put("abc",4);
        System.out.println(map);
    }

map中插入的数据必须具有可比较性(或者实现了比较器相关接口)

//定义一个Student类 不实现比较器接口
class Student {

}


public static void main(String[] args) {
        Map map = new TreeMap<>();
        map.put(new Student(),3);
}

map中插入的值必须是唯一的,否则会进行覆盖

    public static void main(String[] args) {
        Map map = new TreeMap<>();
        map.put("hello",3);
        map.put("hello",4);
        System.out.println(map);
    }

通过Set> entrySet() 方法对map中的键值对进行遍历

public static void main(String[] args) {
        Map map = new TreeMap<>();
        map.put("hello",3);
        map.put("abc",4);
        map.put("def",2);
        Set> entries = map.entrySet();
        for (Map.Entry x: entries) {
            System.out.println("key: " + x.getKey() + " 出现了: " + x.getValue() + "次!");
        }
}

将Map中的value全部分离出来存放在Collection中

    public static void main(String[] args) {
        Map map = new TreeMap<>();
        map.put("hello",3);
        map.put("abc",4);
        map.put("def",2);
        Collection values = map.values();
        System.out.println(values);
    }

2,HashMap

HashMap的底层是一个哈希桶(数组+链表/红黑树)的结构,查询的时间复杂度是O(1),所以一般HashMap的效率比较高,由于HashMap这个类并没有实现SortedMap这个接口,所以不要求插入的数据中的Key具有可比较性

代码示例

HashMap和TreeMap大部分的方法相同,可以参照TreeMap的代码进行练习,这里只演示HashMap可以插入不需要具有可比较性的数据的代码

class Student {
    
}

public static void main(String[] args) {
        Map map = new HashMap<>();
        map.put(new Student(),1);
        map.put(new Student(),2);
        System.out.println(map);
}

3,TreeMap和HashMap的对比

Map 底层结构	TreeMap	HashMap
底层结构	红黑树	哈希桶
插入 / 删除 / 查找时间 复杂度	O(logN)	O(1)
是否有序	关于 Key 有序	无序
线程安全	不安全	不安全
插入 / 删除 / 查找区别	需要进行元素比较	通过哈希函数计算哈希地址
比较与覆写	key 必须能够比较，否则会抛出 ClassCastException异常	自定义类型需要覆写 equals 和 hashCode方法
应用场景	需要 Key 有序场景下	Key 是否有序不关心，需要更高的时间性能

三, Set的使用

Set与Map主要的不同有两点:Set是继承自Collection的接口类,Set中只存储了Key

1,Set接口的继承及实现图

1. Set接口的实现类有两个,分别是TreeSet和HashSet
2. TreeSet类实现了SortedSet接口,所以TreeSet中存入的key必须是可比较的
3. Set实现了Iterable接口,所以可以对Set进行遍历

2,Set接口的使用

方法	解释
boolean add (E e)	添加元素，但重复元素不会被添加成功
void clear ()	清空集合
boolean contains (Object o)	判断 o 是否在集合中
Iterator iterator ()	返回迭代器
boolean remove (Object o)	删除集合中的 o
int size()	返回 set 中元素的个数
boolean isEmpty()	检测 set 是否为空，空返回 true ，否则返回 false
Object[] toArray()	将 set 中的元素转换为数组返回
boolean containsAll(Collection c)	集合 c 中的元素是否在 set 中全部存在，是返回 true ，否则返回false
boolean addAll(Collection E> c)	将集合 c 中的元素添加到 set 中，可以达到去重的效果

小结:

• Set是继承自Collection的一个接口类
• Set中只存储了Key,并且要求Key是唯一的
• Set的底层是使用Map实现的,其使用key与Object的一个默认对象作为键值对插入到Map中的
• Set最大的功能就是对集合中的元素进行去重
• 实现Set接口的常用类有TreeSet和HashSet,还有一个LinkedHashSet,LinkedHashSet实在HashSet的基础上维护了一个双向链表来记录元素的插入次序
• Set中的Key不能修改,如果要修改,要先将原来的删除掉,然后再重新插入
• Set中不能插入null的Key

3,TreeSet和HashSet的使用和对比

1,TreeSet

TreeSet的底层是红黑树(可以把它想象成比较复杂,性能更加优秀的搜索树),我们联想二叉搜索树的一些性能就可以理解TreeSet的一些性能了:

• 二叉搜索树在插入的时候,对于已经在树中存在的数据是无法进行插入的,所以TreeSet中无法插入两个相同Key
• 二叉搜索树的左子树的数据永远小于相同根节点的右子树的数据,可知他是一棵有序树,TreeSet中的Key也是有序的,所以插入的数据必须具有可比较性,否则会报错

代码示例

Set存入的Key必须是唯一的,存入重复的Key会自动去重

public static void main(String[] args) {
        Set set = new TreeSet<>();
        set.add("hello");
        set.add("abc");
        set.add("abc");
        System.out.println(set);
}

Set中不能插入为null的数据,否则会报空指针异常的错误

    public static void main(String[] args) {
        Set set = new TreeSet<>();
        set.add(null);
        System.out.println(set);
    }

Set中插入的Key必须具有可比较性

//定义一个Student类 该类不实现任何比较器接口
class Student {
    
}

public static void main(String[] args) {
        Set set = new TreeSet<>();
        set.add(new Student());
        System.out.println(set);
}

2,HashSet

HashSet和TreeSet大部分的方法相同,可以参照TreeMap的代码进行练习,这里只演示HashMap可以插入不需要具有可比较性的数据的代码

//定义一个Student类 该类不实现任何比较器接口
class Student {
    
}

public static void main(String[] args) {
        Set set = new HashSet<>();
        set.add(new Student());
        System.out.println(set);
}

四, 总结

Set和Map使用场景分析:

Set:存储的Key没有其对应的映射关系,且需要对数据进行去重

Map:存储的数据之间存在某种映射关系