Java全栈JavaSE：21.集合之Map

Posted 2021-12-10 new nm个对象

1.Map

1.1 概述

现实生活中，我们常会看到这样的一种集合：IP地址与主机名，身份证号与个人，系统用户名与系统用户对象等，这种一一对应的关系，就叫做映射。Java提供了专门的集合类用来存放这种对象关系的对象，即java.util.Map<K,V>接口。

我们通过查看Map接口描述，发现Map<K,V>接口下的集合与Collection<E>接口下的集合，它们存储数据的形式不同。

• Collection中的集合，元素是孤立存在的（理解为单身），向集合中存储元素采用一个个元素的方式存储。
• Map中的集合，元素是成对存在的(理解为夫妻)。每个元素由键与值两部分组成，通过键可以找对所对应的值。
• Collection中的集合称为单列集合，Map中的集合称为双列集合。
• 需要注意的是，Map中的集合不能包含重复的键，值可以重复；每个键只能对应一个值（这个值可以是单个值，也可以是个数组或集合值）。
• Map中的key是无序唯一的，所以Map也是无序的

1.2 Map常用方法

1、添加操作

• V put(K key,V value) // 添加一个键值对
• void putAll(Map<? extends K,? extends V> m) // 添加一个Map集合

2、删除

• void clear() //清除所有键值对
• V remove(Object key) // 清除对应key所在的键值对

3、元素查询的操作

• V get(Object key) // 获取对应key映射的value
• boolean containsKey(Object key) // 是否包含key
• boolean containsValue(Object value) // 是否包含value
• boolean isEmpty() // 是否为空

4、元视图操作的方法：

• Set keySet() // 获取所有的key，返回Set集合
• Collection values() // 获取所有的value，返回Collection集合
• Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() // 获取所有的键值对，返回Set集合。元素是Key-Value对象

5、其他方法

• int size() // 长度，键值对的个数

public class MapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建 map对象
        HashMap<String, String>  map = new HashMap<String, String>();

        //添加元素到集合
        map.put("黄晓明", "杨颖");
        map.put("文章", "马伊琍");
        map.put("邓超", "孙俪");
        System.out.println(map);

        //String remove(String key)
        System.out.println(map.remove("邓超"));
        System.out.println(map);

        // 想要查看 黄晓明的媳妇 是谁
        System.out.println(map.get("黄晓明"));
        System.out.println(map.get("邓超"));    
    }
}

tips:

使用put方法时，若指定的键(key)在集合中没有，则没有这个键对应的值，返回null，并把指定的键值添加到集合中；

若指定的键(key)在集合中存在，则返回值为集合中键对应的值（该值为替换前的值），并把指定键所对应的值，替换成指定的新值。

1.3 Map集合的遍历

Collection集合的遍历：（1）foreach（2）通过Iterator对象遍历

Map的遍历，不能支持foreach，因为Map接口没有继承java.lang.Iterable接口，也没有实现Iterator iterator()方法。只能用如下方式遍历：

（1）分开遍历：

• 单独遍历所有key
• 单独遍历所有value

（2）成对遍历：

• 遍历的是映射关系Map.Entry类型的对象，Map.Entry是Map接口的内部接口。每一种Map内部有自己的Map.Entry的实现类。在Map中存储数据，实际上是将Key---->value的数据存储在Map.Entry接口的实例中，再在Map集合中插入Map.Entry的实例化对象，如图示：

public class TestMap {
	public static void main(String[] args) {
		HashMap<String,String> map = new HashMap<>();
		map.put("许仙", "白娘子");
		map.put("董永", "七仙女");
		map.put("牛郎", "织女");
		map.put("许仙", "小青");
		
		System.out.println("所有的key:");
		Set<String> keySet = map.keySet();
		for (String key : keySet) {
			System.out.println(key);
		}
		
		System.out.println("所有的value：");
		Collection<String> values = map.values();
		for (String value : values) {
			System.out.println(value);
		}
		
		System.out.println("所有的映射关系");
		Set<Map.Entry<String,String>> entrySet = map.entrySet();
		for (Map.Entry<String,String> entry : entrySet) {
//			System.out.println(entry);
			System.out.println(entry.getKey()+"->"+entry.getValue());
		}
	}
}

1.4 Map的实现类们

Map接口的常用实现类：HashMap、TreeMap、LinkedHashMap和Properties。其中HashMap是 Map 接口使用频率最高的实现类。

1、HashMap和Hashtable的区别与联系

• HashMap和Hashtable都是哈希表。

• HashMap和Hashtable判断两个 key 相等的标准是：两个 key 的hashCode 值相等，并且 equals() 方法也返回 true。因此，为了成功地在哈希表中存储和获取对象，用作键的自定义对象必须实现 hashCode 方法和 equals 方法。

• HashMap和Hashtable其键都是无序唯一的。

• Hashtable是线程安全的，任何非 null 对象都可以用作键或值。

• HashMap是线程不安全的，并允许使用 null 值和 null 键。

示例代码：添加员工姓名为key，薪资为value

	public static void main(String[] args) {
		HashMap<String,Double> map = new HashMap<>();
		map.put("张三", 10000.0);
		//key相同，新的value会覆盖原来的value
		//因为String重写了hashCode和equals方法
		map.put("张三", 12000.0);
		map.put("李四", 14000.0);
		//HashMap支持key和value为null值
		String name = null;
		Double salary = null;
		map.put(name, salary);
		
		Set<Entry<String, Double>> entrySet = map.entrySet();
		for (Entry<String, Double> entry : entrySet) {
			System.out.println(entry);
		}
	}

2、LinkedHashMap

LinkedHashMap 是 HashMap 的子类。此实现与 HashMap 的不同之处在于，后者维护着一个运行于所有条目的双重链接列表。此链接列表定义了迭代顺序，该迭代顺序通常就是将键插入到映射中的顺序（插入顺序）。

LinkedHashMap 的值是有序唯一的，其按照插入顺序排序。本质也是依靠hashCode()和equals()方法来实现。所以自定义对象的key，必须重写这两个方法

示例代码：添加员工姓名为key，薪资为value

	public static void main(String[] args) {
		LinkedHashMap<String,Double> map = new LinkedHashMap<>();
		map.put("张三", 10000.0);
		//key相同，新的value会覆盖原来的value
		//因为String重写了hashCode和equals方法
		map.put("张三", 12000.0);
		map.put("李四", 14000.0);
		//HashMap支持key和value为null值
		String name = null;
		Double salary = null;
		map.put(name, salary);
		
		Set<Entry<String, Double>> entrySet = map.entrySet();
		for (Entry<String, Double> entry : entrySet) {
			System.out.println(entry);
		}
	}

3、TreeMap

基于红黑树（Red-Black tree）的 NavigableMap 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。

作为key的自定义对象，必须实现comparable接口，或者创建映射时提供的 Comparato

代码示例：添加员工姓名为key，薪资为value

package com.atguigu.map;

import java.util.Comparator;
import java.util.Map.Entry;
import java.util.Set;
import java.util.TreeMap;

import org.junit.Test;

public class TestTreeMap {
	@Test
	public void test1() {
		TreeMap<String,Integer> map = new TreeMap<>();
		map.put("Jack", 11000);
		map.put("Alice", 12000);
		map.put("zhangsan", 13000);
		map.put("baitao", 14000);
		map.put("Lucy", 15000);
		
		//String实现了Comparable接口，默认按照Unicode编码值排序
		Set<Entry<String, Integer>> entrySet = map.entrySet();
		for (Entry<String, Integer> entry : entrySet) {
			System.out.println(entry);
		}
	}
	@Test
	public void test2() {
		//指定定制比较器Comparator，按照Unicode编码值排序，但是忽略大小写
		TreeMap<String,Integer> map = new TreeMap<>(new Comparator<String>() {

			@Override
			public int compare(String o1, String o2) {
				return o1.compareToIgnoreCase(o2);
			}
		});
		map.put("Jack", 11000);
		map.put("Alice", 12000);
		map.put("zhangsan", 13000);
		map.put("baitao", 14000);
		map.put("Lucy", 15000);
		
		Set<Entry<String, Integer>> entrySet = map.entrySet();
		for (Entry<String, Integer> entry : entrySet) {
			System.out.println(entry);
		}
	}
}

4、Properties

Properties 类是 Hashtable 的子类，Properties 可保存在流中或从流中加载。属性列表中每个键及其对应值都是一个字符串。
Properties集合特点

• 继承Hashtable,实现Map接口
• 底层是哈希表结构
• 线程是安全的,运行速度慢
• 集合没有泛型的写法,键和值的数据类型锁定为String类型
• 集合有自己的特有方法
• 此集合可以和IO流对象结合使用,实现数据的持久存储
• 方法和IO相关 : load(输入流)

存取数据时，建议使用setProperty(String key,String value)方法和getProperty(String key)方法。

代码示例：

	public static void main(String[] args) {
		Properties properties = System.getProperties();
		String p2 = properties.getProperty("file.encoding");//当前源文件字符编码
		System.out.println(p2);
	}

1.5 Set集合与Map集合的关系

Set的内部实现其实是一个Map。即HashSet的内部实现是一个HashMap，TreeSet的内部实现是一个TreeMap，LinkedHashSet的内部实现是一个LinkedHashMap。

部分源代码摘要：

HashSet源码：

    public HashSet() {
        map = new HashMap<>();
    }

    public HashSet(Collection<? extends E> c) {
        map = new HashMap<>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));
        addAll(c);
    }

    public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
        map = new HashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
    }

    public HashSet(int initialCapacity) {
        map = new HashMap<>(initialCapacity);
    }

	//这个构造器是给子类LinkedHashSet调用的
    HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
        map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
    }

LinkedHashSet源码：

    public LinkedHashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
        super(initialCapacity, loadFactor, true);//调用HashSet的某个构造器
    }

    public LinkedHashSet(int initialCapacity) {
        super(initialCapacity, .75f, true);//调用HashSet的某个构造器
    }

    public LinkedHashSet() {
        super(16, .75f, true);
    }

    public LinkedHashSet(Collection<? extends E> c) {
        super(Math.max(2*c.size(), 11), .75f, true);//调用HashSet的某个构造器
        addAll(c);
    }

TreeSet源码：

    public TreeSet() {
        this(new TreeMap<E,Object>());
    }

    public TreeSet(Comparator<? super E> comparator) {
        this(new TreeMap<>(comparator));
    }

    public TreeSet(Collection<? extends E> c) {
        this();
        addAll(c);
    }

    public TreeSet(SortedSet<E> s) {
        this(s.comparator());
        addAll(s);
    }

但是，咱们存到Set中只有一个元素，又是怎么变成(key,value)的呢？

以HashSet中的源码为例：

private static final Object PRESENT = new Object();
public boolean add(E e) {
    return map.put(e, PRESENT)==null;
}
public Iterator<E> iterator() {
    return map.keySet().iterator();
}

原来是，把添加到Set中的元素作为内部实现map的key，然后用一个常量对象PRESENT对象，作为value。

这是因为Set的元素不可重复和Map的key不可重复有相同特点。Map有一个方法keySet()可以返回所有key。

2.集合框架

3.Collections工具类

参考操作数组的工具类：Arrays。

Collections 是一个操作 Set、List 和 Map 等集合的工具类。Collections 中提供了一系列静态的方法对集合元素进行排序、查询和修改等操作，还提供了对集合对象设置不可变、对集合对象实现同步控制等方法：

• public static boolean addAll(Collection<? super T> c,T… elements)将所有指定元素添加到指定 collection 中。
• public static int binarySearch(List<? extends Comparable<? super T>> list,T key)在List集合中查找某个元素的下标，但是List的元素必须是T或T的子类对象，而且必须是可比较大小的，即支持自然排序的。而且集合也事先必须是有序的，否则结果不确定。
• public static int binarySearch(List<? extends T> list,T key,Comparator<? super T> c)在List集合中查找某个元素的下标，但是List的元素必须是T或T的子类对象，而且集合也事先必须是按照c比较器规则进行排序过的，否则结果不确定。
• public static <T extends Object & Comparable<? super T>> T max(Collection<? extends T> coll)在coll集合中找出最大的元素，集合中的对象必须是T或T的子类对象，而且支持自然排序
• public static T max(Collection<? extends T> coll,Comparator<? super T> comp)在coll集合中找出最大的元素，集合中的对象必须是T或T的子类对象，按照比较器comp找出最大者
• public static void reverse(List<?> list)反转指定列表List中元素的顺序。
• public static void shuffle(List<?> list) List 集合元素进行随机排序，类似洗牌
• public static <T extends Comparable<? super T>> void sort(List list)根据元素的自然顺序对指定 List 集合元素按升序排序
• public static void sort(List list,Comparator<? super T> c)根据指定的 Comparator 产生的顺序对 List 集合元素进行排序
• public static void swap(List<?> list,int i,int j)将指定 list 集合中的 i 处元素和 j 处元素进行交换
• public static int frequency(Collection<?> c,Object o)返回指定集合中指定元素的出现次数
• public static void copy(List<? super T> dest,List<? extends T> src)将src中的内容复制到dest中
• public static boolean replaceAll(List list，T oldVal，T newVal)：使用新值替换 List 对象的所有旧值
• Collections 类中提供了多个 synchronizedXxx() 方法，该方法可使将指定集合包装成线程同步的集合，从而可以解决多线程并发访问集合时的线程安全问题
• Collections类中提供了多个unmodifiableXxx()方法，该方法返回指定 Xxx的不可修改的视图。

4.集合练习

1、练习1

随机产生10个100以内的偶数，存放到一个List中，并且遍历显示它们

2、练习2

随机产生10个100以内的偶数，存放到一个Set中，并且遍历显示它们

3、练习3

随机产生几个100以内的偶数，存放到一个Set中，并且遍历显示它们，保证最后Set中有10个元素

4、练习4

（1）声明一个圆类型，包含半径，实现Comparable接口，按照半径大小排序

（2）存储几个圆对象到TreeSet中，并且遍历显示

5、练习5

（1）从键盘输入本组学员的姓名和他的手机号码，存放到map中，姓名为key,手机号码为value，并且遍历显示

（2）再从键盘输入姓名，查询他的手机号码

6、练习6

（1）存储咱们班每组学员信息，组长姓名为key，组员包括组长自己为value

（2）遍历显示

（3）从键盘输入一个学员姓名，查找这个学员是否咱们班