Map and HashMap

Posted 2020-09-30 Mr_Kenson

 

1.1.1. Map 接口

java提供了一组可以以键值对(key-value)的形式存储数据的数据结构，这种数据结构称为Map。我们可以把Map看成一个多行两列的表格，其中第一列存放key,第二列存放value。

而每一行就相当于一组key-value对，表示一组数据。

Map对存入的元素有一个要求，就是key不能重复，所谓不能重复指的是在Map中不能包含两个equals为true的key。

Map对于key,value的类型没有严格要求，只要是引用类型均可。但是为了保证在使用时不会造成数据混乱，通常我们会使用泛型去约束key与value的类型。

1.1.2. put方法

既然我们知道了Map在保存数据时实际上是存入了两部分信息的 ，key与value。那么我们来看看如何向Map中存入数据。

Map提供了一个方法:

1. V put(K k,V v)

该方法的作用是将key-value对存入Map中，因为Map中不允许出现重复的key,所以若当次存入的key已经在Map中存在，则是替换value操作，而返回值则为被替换的元素。若此key不存在，那么返回值为null。

1.1.3. get方法

我们学会了如何向Map中存入数据，那么我们再来看看如何获取数据。Map中获取数据的方式是给定Key获取对应的Value。

Map提供了一个方法:

1. V get(Object key)

该方法的作用就是根据给定的key去查找Map中对应的value并返回，若当前Map中不包含给定的key,那么返回值为null。

1.1.4. containsKey方法

Map中的containsKey方法用于检测当前Map中是否包含给定的key。其方法定义如下:

1. boolean containsKey(Object key)

若当前Map中包含给定的key(这里检查是否包含是根据key的equals比较结果为依据的。)则返回true。

1.2. HashMap

1.2.1. hash表原理

HashMap是Map的一个常用的子类实现。其实使用散列算法实现的。

HashMap内部维护着一个散列数组(就是一个存放元素的数组)，我们称其为散列桶，而当我们向HashMap中存入一组键值对时，HashMap首先获取key这个对象的hashcode()方法的返回值，然后使用该值进行一个散列算法，得出一个数字，这个数字就是这组键值对要存入散列数组中的下标位置。

那么得知了下标位置后，HashMap还会查看散列数组当前位置是否包含该元素。（这里要注意的是，散列数组中每个元素并非是直接存储键值对的，而是存入了一个链表，这个链表中的每个节点才是真实保存这组键值对的。）检查是否包含该元素时根据当前要存入的key在当前散列数组对应位置中的链表里是否已经包含这个key,若不包含则将这组键值对存入链表，否则就替换value。

那么在获取元素时，HashMap同样先根据key的hashcode值进行散列算法，找到它在散列数组中的位置，然后遍历该位置的链表，找到该key所对应的value之后返回。

看到这里可能有个疑问，链表中应该只能存入一个元素，那么HashMap是如何将key-value存入链表的某个节点的呢？实际上，HashMap会将每组键值对封装为一个Entry的实例，然后将该实例存入链表。

1.2.2. hashcode方法

HashMap的存取是依赖于key的hashcode方法的返回值的，而hashcode方法实际上是在Object中定义的。其定义如下:

1. int hashCode()

重写一个类的hashcode()方法有以下注意事项:

1、若一个类重写了equals方法，那么就应当重写hashcode()方法。

2、若两个对象的equals方法比较为true,那么它们应当具有相同的hashcode值。

3、对于同一个对象而言，在内容没有发生改变的情况下，多次调用hashCode()方法应当总是返回相同的值。

4、对于两个对象equals比较为false的，并不要求其hashcode值一定不同，但是应尽量保证不同，这样可以提高散列表性能。

1.2.3. 装载因子及HashMap优化

在散列表中有一下名词需要了解:

• Capacity：容量, hash表里bucket(桶)的数量, 也就是散列数组大小.
• Initial capacity：初始容量, 创建hash表的时 初始bucket的数量, 默认构建容量是16. 也可以使用特定容量.
• Size ： 大小, 当前散列表中存储数据的数量.
• Load factor：加载因子, 默认值0.75(就是75%), 向散列表增加数据时如果 size/capacity 的值大于Load factor则发生扩容并且重新散列(rehash).

那么当加载因子较小时候散列查找性能会提高, 同时也浪费了散列桶空间容量. 0.75是性能和空间相对平衡结果. 在创建散列表时候指定合理容量, 从而可以减少rehash提高性能。

1.3. 有序Map

1.3.1. LinkedHashMap实现有序的Map

Map 接口的哈希表和链表实现，具有可预知的迭代顺序。此实现与 HashMap 的不同之处在于，LinkedHashMap维护着一个双向循环链表。此链表定义了迭代顺序，该迭代顺序通常就是将存放元素的顺序。

需要注意的是，如果在Map中重新存入以有的key，那么key的位置会不会发生改变，只是将value值替换。