JAVA Map和Set
Map和Set都是接口类，Set继承于Collection类 ，Map则有继承Collection类
1、什么是Map
该类中存储的是
1.1 关于Map.Entry的说明
Map.Entry
| 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 |
1.2 Map 的常用方法说明
| 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 |
返回所有 key 的不重复集合 |
| Collection |
返回所有 value 的可重复集合 |
| Set |
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 |
1. Map是一个接口，不能直接实例化对象，如果要实例化对象只能实例化其实现类TreeMap或者HashMap
2. Map中存放键值对的Key是唯一的，value是可以重复的
3. 在TreeMap中插入键值对时，key不能为空，否则就会抛NullPointerException异常，value可以为空。但是HashMap的key和value都可以为空。
4. Map中的Key可以全部分离出来，存储到Set中来进行访问(因为Key不能重复)。
5. 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(value可能有重复)。
6. Map中键值对的Key不能直接修改，value可以修改，如果要修改key，只能先将该key删除掉，然后再来进行重新插入。
7. TreeMap和HashMap的区别
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
import java.util.TreeMap;
import java.util.Map;
public static void TestMap(){
Map m = new TreeMap<>();
// put(key, value):插入key-value的键值对
// 如果key不存在，会将key-value的键值对插入到map中,返回null
m.put("林冲", "豹子头");
m.put("鲁智深", "花和尚");
m.put("武松", "行者");
m.put("宋江", "及时雨");
String str = m.put("李逵", "黑旋风");
System.out.println(m.size());
System.out.println(m);
// put(key,value): 注意key不能为空，但是value可以为空
// key如果为空，会抛出空指针异常
//m.put(null, "花名");
str = m.put("无名", null);
System.out.println(m.size());
// put(key, value):
// 如果key存在，会使用value替换原来key所对应的value，返回旧value
str = m.put("李逵", "铁牛");
// get(key): 返回key所对应的value
// 如果key存在，返回key所对应的value
// 如果key不存在，返回null
System.out.println(m.get("鲁智深"));
System.out.println(m.get("史进"));
//GetOrDefault(): 如果key存在，返回与key所对应的value，如果key不存在，返回一个默认值
System.out.println(m.getOrDefault("李逵", "铁牛"));
System.out.println(m.getOrDefault("史进", "九纹龙"));
System.out.println(m.size());
//containKey(key)：检测key是否包含在Map中，时间复杂度：O(logN)
// 按照红黑树的性质来进行查找
// 找到返回true，否则返回false
System.out.println(m.containsKey("林冲"));
System.out.println(m.containsKey("史进"));
// containValue(value): 检测value是否包含在Map中，时间复杂度: O(N)
// 找到返回true，否则返回false
System.out.println(m.containsValue("豹子头"));
System.out.println(m.containsValue("九纹龙"));
// 打印所有的key
// keySet是将map中的key防止在Set中返回的
for(String s : m.keySet()){
System.out.print(s + " ");
}
System.out.println();
// 打印所有的value
// values()是将map中的value放在collect的一个集合中返回的
for(String s : m.values()){
System.out.print(s + " ");
}
System.out.println();
// 打印所有的键值对
// entrySet(): 将Map中的键值对放在Set中返回了
for(Map.Entry entry : m.entrySet()){
System.out.println(entry.getKey() + "--->" + entry.getValue());
}
System.out.println();
} 2、什么是Set
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
2.1 常见方法说明
| 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 |
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 |
注意：
1. Set是继承自Collection的一个接口类
2. Set中只存储了key，并且要求key一定要唯一
3. TreeSet的底层是使用Map来实现的，其使用key与Object的一个默认对象作为键值对插入到Map中的
4. Set最大的功能就是对集合中的元素进行去重
5. 实现Set接口的常用类有TreeSet和HashSet，还有一个LinkedHashSet，LinkedHashSet是在HashSet的基础上维护了一个双向链表来记录元素的插入次序。
6. Set中的Key不能修改，如果要修改，先将原来的删除掉，然后再重新插入
7. TreeSet中不能插入null的key，HashSet可以。
8. TreeSet和HashSet的区别
Set底层结构 TreeSet HashSet 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 不一定有序 线程安全 不安全 不安全 插入/删除/查找区别 按照红黑树的特性来进行插入和删除 1. 先计算key哈希地址 2. 然后进行
插入和删除比较与覆写 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
2.2 TreeSet的使用案例
import java.util.TreeSet;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;
public static void TestSet(){
Set s = new TreeSet<>();
// add(key): 如果key不存在，则插入，返回ture
// 如果key存在，返回false
boolean isIn = s.add("apple");
s.add("orange");
s.add("peach");
s.add("banana");
System.out.println(s.size());
System.out.println(s);
isIn = s.add("apple");
// add(key): key如果是空，抛出空指针异常
//s.add(null);
// contains(key): 如果key存在，返回true，否则返回false
System.out.println(s.contains("apple"));
System.out.println(s.contains("watermelen"));
// remove(key): key存在，删除成功返回true
// key不存在，删除失败返回false
// key为空，抛出空指针异常
s.remove("apple");
System.out.println(s);
s.remove("watermelen");
System.out.println(s);
Iterator it = s.iterator();
while(it.hasNext()){
System.out.print(it.next() + " ");
}
System.out.println();
} 3、哈希表
3.1 概念
顺序结构以及平衡树中，元素关键码与其存储位置之间没有对应的关系，因此在查找一个元素时，必须要经过关键码的多次比较。顺序查找时间复杂度为O(N)，平衡树中为树的高度，即O( logN)，搜索的效率取决于搜索过程中元素的比较次数。
理想的搜索方法：可以不经过任何比较，一次直接从表中得到要搜索的元素。 如果构造一种存储结构，通过某种函数(hashFunc)使元素的存储位置与它的关键码之间能够建立一一映射的关系，那么在查找时通过该函数可以很快找到该元素。
当向该结构中：
插入元素
根据待插入元素的关键码，以此函数计算出该元素的存储位置并按此位置进行存放搜索元素
对元素的关键码进行同样的计算，把求得的函数值当做元素的存储位置，在结构中按此位置取元素比较，若关键码相等，则搜索成功该方式即为哈希(散列)方法，哈希方法中使用的转换函数称为哈希(散列)函数，构造出来的结构称为哈希表(HashTable)(或者称散列表)
3.2 冲突-概念
对于两个数据元素的关键字 和 (i != j)，有 != ，但有：Hash( ) == Hash( )，即：不同关键字通过相同哈希哈数计算出相同的哈希地址，该种现象称为哈希冲突或哈希碰撞。
把具有不同关键码而具有相同哈希地址的数据元素称为“同义词”
3.3 冲突-避免
首先，我们需要明确一点，由于我们哈希表底层数组的容量往往是小于实际要存储的关键字的数量的，这就导致一个问题，冲突的发生是必然的，但我们能做的应该是尽量的降低冲突率
3.4 冲突-避免-哈希函数设计
引起哈希冲突的一个原因可能是：哈希函数设计不够合理。
哈希函数设计原则：
哈希函数的定义域必须包括需要存储的全部关键码，而如果散列表允许有m个地址时，其值域必须在0到m-1之间
哈希函数计算出来的地址能均匀分布在整个空间中
哈希函数应该比较简单
3.5 冲突-避免-负载因子调节（重点掌握
已知哈希表中已有的关键字个数是不可变的，那我们能调整的就只有哈希表中的数组的大小
3.6 冲突-解决
解决哈希冲突两种常见的方法是：闭散列和开散列
3.7 冲突严重时的解决办法
哈希桶其实可以看作将大集合的搜索问题转化为小集合的搜索问题了，那如果冲突严重，就意味
着小集合的搜索性能其实也时不佳的，这个时候我们就可以将这个所谓的小集合搜索问题继续进行转化，例如：
1. 每个桶的背后是另一个哈希表
2. 每个桶的背后是一棵搜索树
3.8 实现
// key-value 模型
public class HashBucket {
private static class Node {
private int key;
private int value;
Node next;
public Node(int key, int value) {
this.key = key;
this.value = value;
}
}
private Node[] array;
private int size; // 当前的数据个数
private static final double LOAD_FACTOR = 0.75;
private static final int DEFAULT_SIZE = 8;//默认桶的大小
public void push(int key, int value) {
Node node = new Node(key, value);
int index = key % array.length;
Node cur = array[index];
while (cur != null) {
if(cur.key == key ) {
cur.value = value;
return ;
}
cur = cur.next;
}
node.next = array[index];
array[index] = node;
size++;
if(loadFactor() >= LOAD_FACTOR) {
resize();
}
// write code here
}
private void resize() {
Node[] newArray = new Node[array.length*2];
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
Node cur = array[i];
while(cur != null) {
int index = cur.key % newArray.length;
Node curNext = cur.next;
cur.next = newArray[index];
newArray[index] = cur;
cur= curNext;
}
}
// write code here
array = newArray;
}
private double loadFactor() {
return size * 1.0 / array.length;
}
public HashBucket() {
// write code here
}
public int get(int key) {
int index = key % array.length;
Node cur = array[index];
while (cur != null) {
if(cur.key == key) {
return cur.value;
}
cur = cur.next;
}
return -1;
// write code here
}
}3.9 性能分析
虽然哈希表一直在和冲突做斗争，但在实际使用过程中，我们认为哈希表的冲突率是不高的，冲突个数是可控的，也就是每个桶中的链表的长度是一个常数，所以，通常意义下，我们认为哈希表的插入/删除/查找时间复杂度是O(1)
3.10 和 java 类集的关系
1. HashMap 和 HashSet 即 java 中利用哈希表实现的 Map 和 Set
2. java 中使用的是哈希桶方式解决冲突的
3. java 会在冲突链表长度大于一定阈值后，将链表转变为搜索树（红黑树）
4. java 中计算哈希值实际上是调用的类的 hashCode 方法，进行 key 的相等性比较是调用 key 的 equals 方法。所以如果要用自定义类作为 HashMap 的 key 或者 HashSet 的值，必须覆写 hashCode 和 equals 方法，而且要做到 equals 相等的对象，hashCode 一定是一致的