複習12：Map

集合：Map

Map是什麼

特殊的集合接口

Map的特點

• Map中的元素被稱爲鍵值對（key-value），一個key對應一個value，例如電話簿中每一個名字對應一個電話號碼（key不可重複，value可重複）

  • key：Set組成
  • value：List組成

• 底層實現是散列表，即數組+鏈表（List+Set）+[樹]

Map的實現類和子接口

• HashMap：線程不安全，無序，key不可重複（不可重複的原理與HashSet相同）
  • Hashtable：線程安全，類似StringBuffer、Vector
• SortedMap
  • TreeMap：可排序（原理與TreeSet相同），對key進行排序
• LinkedHashMap

TreeMap排序時，若選擇傳入構造器Comparator，則構造器的泛型類型必須與key的泛型類型一致

Map的迭代

• Map不能使用迭代器（沒有實現Iterable接口）
• **！！！**遍歷key：Set keySet()

package demo;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Set;

public class Demo1<E> {
	public static void main(String[] args) {
		Map<String,String> map = new HashMap<String,String>();
		map.put("1","a");
		map.put("2","b");
		map.put("3","c");
		map.put("4","d");
		//返回key的set集合
		Set<String> keys = map.keySet();
		for(String set : keys) {
			System.out.println(set+"="+map.get(set));
		}
	}
}

• 遍歷value：Collection values()

package demo;

import java.util.Collection;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Set;

public class Demo1<E> {
	public static void main(String[] args) {
		Map<String,String> map = new HashMap<String,String>();
		map.put("1","a");
		map.put("2","b");
		map.put("3","c");
		map.put("4","d");
		
		Collection<String> values = map.values();
		for(String str : values) {
			System.out.println(str);
		}
	}
}
 

無法通過value得到key，所以這種方式的遍歷只能獲得Map的value

• **！！！**遍歷key-value：Set< Entry<k,v> > entrySet()

package demo;

import java.util.Collection;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Map.Entry;
import java.util.Set;

public class Demo1<E> {
	public static void main(String[] args) {
		Map<String,String> map = new HashMap<String,String>();
		map.put("1","a");
		map.put("2","b");
		map.put("3","c");
		map.put("4","d");
		
		Set<Entry<String,String>> entrys = map.entrySet();
		for(Entry<String,String> entry : entrys) {
			System.out.println(entry);
		}
		
	}
}
 

Entry<k,v>是Map的一個內部類

Map的API

• put(key,value)：添加新的鍵值對（hashCode()根據key計算位置）
  • 可能會出現的兩種情況：
    • key不同，hashCode()的計算結果相同：鏈表方式存儲，原來的元素向後推
    • key值相同：新的鍵值對覆蓋原來的鍵值對

注意1（重要）：key和value可以爲null

注意2：HashSet：新元素不會替換舊元素

• get(key)：通過key獲得對應的value
• remove(key)：通過key刪除整個鍵值對，返回被刪除的value
  • 如果查詢不到鍵值對，返回null
• contains…(…)：
  • containsKey(key)
  • containsValue(value)
• isEmpty()
• putAll(Map map)

HashMap

HashMap的底層實現

數組+單向鏈表+紅黑樹

• 當鏈表中的數量超過8個時，鏈表轉換爲紅黑樹，所以如果哈希衝突（不同元素的hashCode()得到相同的結果）多的話，數組的元素將會是紅黑樹

HashMap的長度與擴容方式

• HashMap的初始長度：16
• HashMap的加載因子：0.75
  • 加載因子：當Map中的鍵值對數量達到長度的0.75時，Map自動擴容（Hashtable相同）
• HashMap的擴容方式：old*2
  • 例如，Map的初始長度爲16，當Map中的鍵值對個數達到12個時，Map的長度自動擴容爲32

選擇加載因子爲0.75的原因：

• HashMap擴容時，鍵值對的位置都要進行重新計算
• 新插入的鍵值對的位置也要進行計算，當剩餘空間太小時，計算所需時間會變長

綜合考慮以上兩點，當加載因子爲0.75時，效率比較高

• Hashtable的初始長度：11

• Hashtable的加載因子：0.75

• Hashtable的擴容方式：old*2+1

Set的初始長度、加載因子、擴容方式都與Map相同

LinkedHashMap

LinkedHashMap是什麼

LinkedList與HashMap的結合，底層仍然是HashMap

LinkedHashMap的實現

雙向鏈表+散列表

LinkedHashMap的特點

• key不可重複
• 有序（有序指元素的順序與添加的先後順序一致，並非是排序）
• 節點多了before和after屬性(對應LinkedList的provious和next)

Map實現類的對比

	HashMap	Hashtable	LinkedHashMap	TreeMap
元素排序	無序	無序	加入順序	字典順序
元素	key和value可以爲null	不接受null	key和value可以爲null	僅接受value爲null
底層實現	數組+單向鏈表+紅黑樹	數組+鏈表	散列表+雙向鏈表	紅黑樹
線程安全	非synchronized	synchronized	非synchronized	非synchronized
線程同步	不同步	同步	不同步	不同步
效率	高	低
默認長度	16	11
加載因子	0.75	0.75
擴容方式	old*2	old*2+1

擴展：ConcurrentHashMap

出現原因

HashMap線程不安全，Hashtable性能不好

底層實現

由16個segment組成，每個sgment都是線程安全的HashMap（鎖分段技術）

• 將數據分成一段一段（segment）地存儲，然後給每個數據段配一把鎖，當一個線程佔用鎖訪問其中某個數據段時，其它數據段的數據也能被其它線程訪問

上述實現是基於JDK1.7，在JDK1.8中ConcurrentHashMap完全是在HashMap的基礎上進行加鎖

特點

• 對segment的改寫操作，不影響其它segment的使用
  • 理想情況下，最多支持6個線程併發修改segment，這16個線程分別訪問不同的segment
• segment加鎖時，所以讀線程是不會受到阻塞的

使用場景

高併發

方法的實現原理

• get()：不加鎖，先定位到segment，然後再找到頭結點進行讀取操作。因爲value是volatile變量，所以可以保證在競爭條件時讀取到最新的值，如果讀到的value是null，則數據可能正在被修改，那麼就調用方法ReadValueUnderLock()，加鎖保證讀到的數據是正確的。
• Put()：加鎖，一律添加到hash鏈的頭部
• Remove()：加鎖，由於next是final類型不可改變，所以必須把刪除的節點之前的節點都複製一遍。

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