Map是一種用於快速查找的數據結構，它以鍵值對的形式存儲數據，每一個鍵都是唯一的，且對應着一個值，如果想要查找Map中的數據，只需要傳入一個鍵，Map會對鍵進行匹配並返回鍵所對應的值，可以說Map其實就是一個存放鍵值對的集合。Map被各種編程語言廣泛使用，只不過在名稱上可能會有些混淆，像Python中叫做字典（Dictionary），也有些語言稱其爲關聯數組（Associative Array），但其實它們都是一樣的，都是一個存放鍵值對的集合。至於Java中經常用到的HashMap也是Map的一種，它被稱爲散列表，關於散列表的細節我會在本文中解釋HashMap的源碼時提及。
Java還提供了一種與Map密切相關的數據結構：Set，它是數學意義上的集合，特性如下：
-
無序性：一個集合中，每個元素的地位都是相同的，元素之間也都是無序的。不過Java中也提供了有序的Set，這點倒是沒有完全遵循。
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互異性：一個集合中，任何兩個元素都是不相同的。
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確定性：給定一個集合以及其任一元素，該元素屬於或者不屬於該集合是必須可以確定的。
很明顯，Map中的key就很符合這些特性，Set的實現其實就是在內部使用Map。例如，HashSet就定義了一個類型爲HashMap的成員變量，向HashSet添加元素a，等同於向它內部的HashMap添加了一個key爲a，value爲一個Object對象的鍵值對，這個Object對象是HashSet的一個常量，它是一個虛擬值，沒有什麼實際含義，源碼如下：
private transient HashMap<E,Object> map;
// Dummy value to associate with an Object in the backing Map
private static final Object PRESENT = new Object();
public boolean add(E e) {
return map.put(e, PRESENT)==null;
}
小插曲過後，讓我們接着說Map，它是JDK的一個頂級接口，提供了三種集合視圖（Collection Views）：包含所有key的集合、包含所有value的集合以及包含所有鍵值對的集合，Map中的元素順序與它所返回的集合視圖中的元素的迭代順序相關，也就是說，Map本身是不保證有序性的，當然也有例外，比如TreeMap就對有序性做出了保證，這主要因爲它是基於紅黑樹實現的。
所謂的集合視圖就是由集合本身提供的一種訪問數據的方式，同時對視圖的任何修改也會影響到集合。好比Map.keySet()返回了它包含的key的集合，如果你調用了Map.remove(key)那麼keySet.contains(key)也將返回false，再比如說Arrays.asList(T)可以把一個數組封裝成一個List，這樣你就可以通過List的API來訪問和操作這些數據，如下列示例代碼：
String[] strings = {"a", "b", "c"};
List<String> list = Arrays.asList(strings);
System.out.println(list.get(0)); // "a"
strings[0] = "d";
System.out.println(list.get(0)); // "d"
list.set(0, "e");
System.out.println(strings[0]); // "e"
是不是感覺很神奇，其實Arrays.asList()只是將傳入的數組與Arrays中的一個內部類ArrayList（注意，它與java.util包下的ArrayList不是同一個）做了一個”綁定“，在調用get()時會直接根據下標返回數組中的元素，而調用set()時也會直接修改數組中對應下標的元素。相對於直接複製來說，集合視圖的優點是內存利用率更高，假設你有一個數組，又很想使用List的API來操作它，那麼你不用new一個ArrayList以拷貝數組中的元素，只需要一點額外的內存（通過Arrays.ArrayList對數組進行封裝），原始數據依然是在數組中的，並不會複製成多份。
Map接口規範了Map數據結構的通用API（也含有幾個用於簡化操作的default方法，default是JDK8的新特性，它是接口中聲明的方法的默認實現，即非抽象方法）並且還在內部定義了Entry接口（鍵值對的實體類），在JDK中提供的所有Map數據結構都實現了Map接口，下面爲Map接口的源碼（代碼中的註釋太長了，基本都是些實現的規範，爲了篇幅我就儘量省略了）。
package java.util;
import java.util.function.BiConsumer;
import java.util.function.BiFunction;
import java.util.function.Function;
import java.io.Serializable;
public interface Map<K,V> {
// 查詢操作
/**
* 返回這個Map中所包含的鍵值對的數量，如果大於Integer.MAX_VALUE，
* 則應該返回Integer.MAX_VALUE。
*/
int size();
/**
* Map是否爲空。
*/
boolean isEmpty();
/**
* Map中是否包含key，如果是返回true，否則false。
*/
boolean containsKey(Object key);
/**
* Map中是否包含value，如果是返回true，否則false。
*/
boolean containsValue(Object value);
/**
* 根據key查找value，如果Map不包含該key，則返回null。
*/
V get(Object key);
// 修改操作
/**
* 添加一對鍵值對，如果Map中已含有這個key，那麼新value將覆蓋掉舊value，
* 並返回舊value，如果Map中之前沒有這個key，那麼返回null。
*/
V put(K key, V value);
/**
* 刪除指定key並返回之前的value，如果Map中沒有該key，則返回null。
*/
V remove(Object key);
// 批量操作
/**
* 將指定Map中的所有鍵值對批量添加到當前Map。
*/
void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m);
/**
* 刪除Map中所有的鍵值對。
*/
void clear();
// 集合視圖
/**
* 返回包含Map中所有key的Set，對該視圖的所有修改操作會對Map產生同樣的影響，反之亦然。
*/
Set<K> keySet();
/**
* 返回包含Map中所有value的集合，對該視圖的所有修改操作會對Map產生同樣的影響，反之亦然。
*/
Collection<V> values();
/**
* 返回包含Map中所有鍵值對的Set，對該視圖的所有修改操作會對Map產生同樣的影響，反之亦然。
*/
Set<Map.Entry<K, V>> entrySet();
/**
* Entry代表一對鍵值對，規範了一些基本函數以及幾個已實現的類函數（各種比較器）。
*/
interface Entry<K,V> {
K getKey();
V getValue();
V setValue(V value);
boolean equals(Object o);
int hashCode();
public static <K extends Comparable<? super K>, V> Comparator<Map.Entry<K,V>> comparingByKey() {
return (Comparator<Map.Entry<K, V>> & Serializable)
(c1, c2) -> c1.getKey().compareTo(c2.getKey());
}
public static <K, V extends Comparable<? super V>> Comparator<Map.Entry<K,V>> comparingByValue() {
return (Comparator<Map.Entry<K, V>> & Serializable)
(c1, c2) -> c1.getValue().compareTo(c2.getValue());
}
public static <K, V> Comparator<Map.Entry<K, V>> comparingByKey(Comparator<? super K> cmp) {
Objects.requireNonNull(cmp);
return (Comparator<Map.Entry<K, V>> & Serializable)
(c1, c2) -> cmp.compare(c1.getKey(), c2.getKey());
}
public static <K, V> Comparator<Map.Entry<K, V>> comparingByValue(Comparator<? super V> cmp) {
Objects.requireNonNull(cmp);
return (Comparator<Map.Entry<K, V>> & Serializable)
(c1, c2) -> cmp.compare(c1.getValue(), c2.getValue());
}
}
// 比較和hashing
/**
* 將指定的對象與此Map進行比較是否相等。
*/
boolean equals(Object o);
/**
* 返回此Map的hash code。
*/
int hashCode();
// 默認方法（非抽象方法）
/**
* 根據key查找value，如果該key不存在或等於null則返回defaultValue。
*/
default V getOrDefault(Object key, V defaultValue) {
V v;
return (((v = get(key)) != null) || containsKey(key)) ? v : defaultValue;
}
/**
* 遍歷Map並對每個鍵值對執行指定的操作（action）。
* BiConsumer是一個函數接口（具有一個抽象方法的接口，用於支持Lambda），
* 它代表了一個接受兩個輸入參數的操作，且不返回任何結果。
* 至於它奇怪的名字，根據Java中的其他函數接口的命名規範，Bi應該是Binary的縮寫，意思是二元的。
*/
default void forEach(BiConsumer<? super K, ? super V> action) {
Objects.requireNonNull(action);
for (Map.Entry<K, V> entry : entrySet()) {
K k;
V v;
try {
k = entry.getKey();
v = entry.getValue();
} catch(IllegalStateException ise) {
// this usually means the entry is no longer in the map.
throw new ConcurrentModificationException(ise);
}
action.accept(k, v);
}
}
/**
* 遍歷Map，然後調用傳入的函數function生成新value對舊value進行替換。
* BiFunction同樣是一個函數接口，它接受兩個輸入參數並且返回一個結果。
*/
default void replaceAll(BiFunction<? super K, ? super V, ? extends V> function) {
Objects.requireNonNull(function);
for (Map.Entry<K, V> entry : entrySet()) {
K k;
V v;
try {
k = entry.getKey();
v = entry.getValue();
} catch(IllegalStateException ise) {
// this usually means the entry is no longer in the map.
throw new ConcurrentModificationException(ise);
}
// ise thrown from function is not a cme.
v = function.apply(k, v);
try {
entry.setValue(v);
} catch(IllegalStateException ise) {
// this usually means the entry is no longer in the map.
throw new ConcurrentModificationException(ise);
}
}
}
/**
* 如果指定的key不存在或者關聯的value爲null，則添加鍵值對。
*/
default V putIfAbsent(K key, V value) {
V v = get(key);
if (v == null) {
v = put(key, value);
}
return v;
}
/**
* 當指定key關聯的value與傳入的參數value相等時刪除該key。
*/
default boolean remove(Object key, Object value) {
Object curValue = get(key);
if (!Objects.equals(curValue, value) ||
(curValue == null && !containsKey(key))) {
return false;
}
remove(key);
return true;
}
/**
* 當指定key關聯的value與oldValue相等時，使用newValue進行替換。
*/
default boolean replace(K key, V oldValue, V newValue) {
Object curValue = get(key);
if (!Objects.equals(curValue, oldValue) ||
(curValue == null && !containsKey(key))) {
return false;
}
put(key, newValue);
return true;
}
/**
* 當指定key關聯到某個value時進行替換。
*/
default V replace(K key, V value) {
V curValue;
if (((curValue = get(key)) != null) || containsKey(key)) {
curValue = put(key, value);
}
return curValue;
}
/**
* 當指定key沒有關聯到一個value或者value爲null時，調用mappingFunction生成值並添加鍵值對到Map。
* Function是一個函數接口，它接受一個輸入參數並返回一個結果，如果mappingFunction返回的結果
* 也爲null，那麼將不會調用put。
*/
default V computeIfAbsent(K key,
Function<? super K, ? extends V> mappingFunction) {
Objects.requireNonNull(mappingFunction);
V v;
if ((v = get(key)) == null) {
V newValue;
if ((newValue = mappingFunction.apply(key)) != null) {
put(key, newValue);
return newValue;
}
}
return v;
}
/**
* 當指定key關聯到一個value並且不爲null時，調用remappingFunction生成newValue，
* 如果newValue不爲null，那麼進行替換，否則刪除該key。
*/
default V computeIfPresent(K key,
BiFunction<? super K, ? super V, ? extends V> remappingFunction) {
Objects.requireNonNull(remappingFunction);
V oldValue;
if ((oldValue = get(key)) != null) {
V newValue = remappingFunction.apply(key, oldValue);
if (newValue != null) {
put(key, newValue);
return newValue;
} else {
remove(key);
return null;
}
} else {
return null;
}
}
/**
* remappingFunction根據key與其相關聯的value生成newValue，
* 當newValue等於null時刪除該key，否則添加或者替換舊的映射。
*/
default V compute(K key,
BiFunction<? super K, ? super V, ? extends V> remappingFunction) {
Objects.requireNonNull(remappingFunction);
V oldValue = get(key);
V newValue = remappingFunction.apply(key, oldValue);
if (newValue == null) {
// delete mapping
if (oldValue != null || containsKey(key)) {
// something to remove
remove(key);
return null;
} else {
// nothing to do. Leave things as they were.
return null;
}
} else {
// add or replace old mapping
put(key, newValue);
return newValue;
}
}
/**
* 當指定key沒有關聯到一個value或者value爲null，將它與傳入的參數value
* 進行關聯。否則，調用remappingFunction生成newValue並進行替換。
* 如果，newValue等於null，那麼刪除該key。
*/
default V merge(K key, V value,
BiFunction<? super V, ? super V, ? extends V> remappingFunction) {
Objects.requireNonNull(remappingFunction);
Objects.requireNonNull(value);
V oldValue = get(key);
V newValue = (oldValue == null) ? value :
remappingFunction.apply(oldValue, value);
if(newValue == null) {
remove(key);
} else {
put(key, newValue);
}
return newValue;
}
}
需要注意一點，這些default方法都是非線程安全的，任何保證線程安全的擴展類都必須重寫這些方法，例如ConcurrentHashMap。
下圖爲Map的繼承關係結構圖，這些實現類都是比較常用的，在JDK中Map的實現類有幾十個，大部分都是我們用不到的，限於篇幅原因就不一一講解了。
